iPon Cikkek

Baktériumok határok nélkül

Dátum | 2014. 03. 26.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Bélrendszerünk egy sötét és rejtélyes világ, amellyel kapcsolatban a legtöbb információra akkor derül fény, ha valami probléma lép fel működésében. A bennünk élő több billiónyi baktérium azonban kiváló információforrás lehetne annak tekintetében, hogy mégis mi zajlik odabent, amennyiben persze ki tudnánk faggatni ezeket. Pamela Silver, a Harvard orvosi karának kutatója pontosan ezzel próbálkozik: kollégáival mikroszkopikus riporterekké igyekeznek „továbbképezni” a bélbaktériumokat, amelyek aztán jelentéseikben információkat közölnek az emésztőrendszer működésével kapcsolatban. Az eddigiek során egy genetikai „áramkörrel” szerelték fel a bélbaktériumok egyik gyakori faját, az Escherichia colit, így az képessé vált egy antibiotikum detektálására, és eme információ megőrzésére is. Az ilyen módon átalakított baktériumok mindenféle mellékhatás nélkül képesek az egerek bélrendszerének kolonizálására. Ha aztán a rágcsálók szervezetébe antibiotikum kerül, a baktériumok működése a szakértők által tervezett módon változik meg, ez a változás pedig észlelhető lesz az egerek székletének elemzése révén. Ennek önmagában persze túl sok haszna nincs, a munka azonban fontos állomása egy jóval nagyobb lélegzetű vállalkozásnak, amelynek megvalósítását már el is kezdte előkészíteni a tudóscsoport. A végső cél az lenne, hogy több tucatnyi különféle dologra érzékeny baktérium tegye meg „jelentését” hasonló módon, például gyulladásos folyamatok, kórokozók felbukkanása vagy méreganyagok jelenléte esetén, és adott esetben megfelelőképpen be is tudjanak avatkozni a probléma elhárítása érdekében.
A szintetikus biológia gyorsan fejlődő tudományágának művelői lényegileg mérnöki módszerekkel közelítenek az élő dolgok felé: különféle genetikai részek és modulok kombinálásával új képességeket hordozó organizmusokat hoznak létre. A kezdeti látványos, ám kevéssé hasznos demonstrációkat követően a kutatási terület egyre inkább a komolyabb alkalmazási lehetőségek felé közelít. Ennek köszönhető a maláriaellenes szert előállító penészgombák, a rákos folyamatok beindulásakor magukat megsemmisítő sejtek, illetve a gyökerek hosszabbodását elősegítő baktériumok létezése is. Silver projektje is a próbálkozások ezen „újhullámának” tagja. A kutató két legnagyobb segítsége a vállalkozás kivitelezésében Jeffrey Way, a Harvard Wyss Intézetének tagja, illetve a lambda nevű vírus. Ez utóbbi egy bakteriofág, vagyis baktériumokat fertőz. „Élete” a fertőzés után két úton folytatódhat: miután bejuttatta genetikai anyagát a gazdasejt genomjába, várakozásba kezdhet, vagy megkezdheti saját maga másolását, hogy aztán ezzel együtt elpusztítsa a baktériumot. A két opció közt egy két génből álló genetikai kapcsoló dönt. A cI és a Cro nevű gének kölcsönösen blokkolják egymást: ha a cI nyeri meg a harcot és a Cro inaktívvá válik, a rejtett, passzív életmód folytatódik; ha viszont a Cro győzedelmeskedik, a fág megkezdi a destruktív szakaszt. A két gén közti küzdelem kimenetele, vagyis a gének aktuális aktivitása különböző környezeti faktorok − például a sugárzás szintje vagy az éhezés mértéke – függvénye, vagyis ezek határozzák meg a vírus életmódját. A lambda-kapcsoló tökéletesen megfelelt a kutatók céljainak, hiszen két különböző állapot közti váltásra teremt lehetőséget, és egy külső ingerrel vezérelhető. Ezen túl két további jelentős előnnyel is rendelkezik. Először a hetvenes és a nyolcvanas években kezdték el felderíteni, pontosan hogyan is működik a vírus kapcsolója, többek közt Mark Ptashne laborjában, aki Silver egyik mentora volt, Way pedig egy szomszédos laborban, a projekttel szoros együttműködésben dolgozott. Mindkét kutató évtizedeket töltött tehát a vírus működésének tanulmányozásával.
A másik lényeges tényező, hogy a lambda-kapcsoló sosem mondja fel a szolgálatot. A sejtek belseje meglehetősen kaotikus környezetet jelent, amelyben a gének időről időre véletlenül is aktiválódhatnak. Ez viszont végzetes lenne a lambda számára, hiszen ha nem a környezethez alkalmazkodva folytatja létezését, saját magát és utódait kockáztatja. Ha rosszkor aktiválódik a vírus, könnyen lehet, hogy erőforrások hiányában maga is odaveszik a gazdasejttel együtt. Ennek eredményeként a kapcsoló úgy alakult át az evolúció során, hogy napjainkban mindent vagy semmit alapon működik, vagyis nem tud félig-meddig aktiválódni: mindössze két állása van, és mindkettő rendkívül stabil. A kutatók tehát a következőt tették: kiemelték a kapcsolót a lambda genomjából, és átültették azt az E. coli genetikai állományába. A rendszer úgy machinálták meg, hogy kezdetben a cI gén aktív, ha viszont a baktérium egy bizonyos antibiotikummal, a tetraciklinnel találkozik, az előbbi gén inaktívvá válik, a Cro pedig működésbe lép. Ebben az állapotban a Cro gén hatására egy másik gén is aktiválódik, amely a módosított organizmust kékké változtatja. Ha tehát laborban tenyésztjük ezeket a baktériumokat, színük elárulja, hogy érintkeztek-e tetraciklinnel. Először pontosan így, a laborban tesztelték a módszer működőképességét és az eljárás sikerességét. A következő lépés a bélrendszer „meghódítása” volt: az egerek beleiben élő E. colit is módosították az eddigiekben leírtaknak megfelelően, majd bejuttatták ezeket a rágcsálók emésztőrendszerébe, ahol aztán pontosan úgy működtek, mint azt a kutatók várták. Mindkét fázis egyformán fontos, ami a jövőt illeti, hiszen a szakértőknek lényeges információt jelentett, hogy a genetikai áramkör mind a laborban növesztett, táptalajon élő mikrobákban, mind a „vadon élő”, jelen esetben a bélrendszerben létező baktériumokban működésbe hozható.
Chris Voigt, az MIT kutatója szerint a projekt legnagyobb erénye, hogy egy rendkívül robusztus rendszert sikerült létrehozni, amely még az egerek kaotikus beleiben is megbízhatóan működik. A szintetikus biológusok több ízben próbálkoztak különféle specifikus genetikai módosítások végrehajtásával, ezek azonban egyelőre rendszerint csak a laborban működnek, és amint természetes környezetbe kerülnek, felmondják a szolgálatot. „Ez azon kevés eset egyike – ha nem az eddigi egyetlen −, amikor az áramkör a Petri-csészén kívül is működőképesnek bizonyult” – mondja Voigt. Silver és Way jelenleg egy sor különböző alkalmazáson dolgoznak, amelyek mindegyike a lambda-kapcsolóra épül. Végső céljuk olyan baktériumok létrehozása lenne, amelyek nem egyszerűen észlelik és jelzik a belekben bekövetkező változásokat, de képesek ezekre érdemben reagálni is. Gyulladások esetén például gyulladáscsökkentőket, kórokozók jelenlétében pedig antibiotikumokat kezdenének szintetizálni, vagyis a riporter státuszon túllépve apró orvosokként funkcionálnának. „Meggyőződésünk, hogy működni fog a dolog” – mondja Silver. Az előzetes adatok nagyon biztatóak, teszi hozzá. Most, hogy már létrehozták a rendszer alapjait, egyszerűen addig kell építgetni és finomítgatni azt, amíg egyre több célra alkalmassá nem válik. A gyakorlati alkalmazás persze még messze van, de a projekt kiváló példája annak, hogy milyen fontosak az alapkutatások. A hetvenes években senki sem gondolta, hogy a bakteriofágok tanulmányozásának bármiféle ennyire konkrét gyakorlati haszna lehet. Ahogy Way maga is elmondta, pályája kezdetén úgy tűnt, hogy ez a fajta munka lényegtelennek tűnő részletek felderítéséből áll, és sosem hoz világmegváltó eredményeket. Napjainkban viszont pontosan ezek az aprócska részletek azok, amelyek lehetővé teszik, hogy a szintetikus biológusok egyről a kettőre jussanak rendszereik tervezése és létrehozása során, ezen keresztül olyan dolgokat valósítva meg, amelyek pár éve még lehetetlennek látszottak.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. NimKorko
2014.03.26. 09:10
Jools: ezt: "rák jelenlétében magukat megsemmisítő sejtek" én másképp fogalmaznám meg, mert ezek inkább "rákra hajlamos sejtek, melyek megsemmisítik magukat", mivel a rák maga nem fertőzés, hanem egyfajta sejthiba.
A mostani fogalmazási formában inkább hat olyan betegségnek, mint ha fertőzés eredménye lenne.

Amúgy a cikk érdekes.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2014.03.26. 09:40
Köszi, átfogalmaztam kicsit.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. NimKorko Jools
2014.03.26. 09:55
Nincs mit!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Zedas
2014.03.26. 14:48
"vagyis nem tud félig-meddig vagy aktiválódni" ->
"vagyis nem tud félig-meddig aktiválódni"

A cikk amúgy nagyon jó, köszi!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Jools Zedas
2014.03.26. 19:16
Danke, javítva.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!