Author of this text: Ed Yong

Translation: Andrzej Szwatoński

W laboratoriach Singapuru naukowcy projektują i hodują zamachowców samobójców. Jeśli ich wysiłki zakończą się sukcesem, spotka ich raczej nagroda  niż kara, ponieważ nie obrali sobie za cel ani ludzi, ani budynków. Ich celem są bakterie.

Nazanin Saeidi i Choon Kit Wong odkryli nowy sposób zwalczania Pseudomonas aeruginosa (Pałeczka ropy błękitnej), oportunistycznego gatunku bakterii, która rozwija się wszędzie tam, gdzie ludzie nie dochowują wystarczającej higieny. W szpitalach często zakaża pacjentów z upośledzonym systemem odporności. Atakuje każdą tkankę, która daje jej szansę na przetrwanie — płuca, pęcherze, jelita — i często powoduje śmierć. Aby wytropić i zniszczyć to zagrożenie, Saeidi i Wong wykorzystali popularną w laboratoriach bakterię Escherichia coli (Pałeczka okrężnicy) jako zamachowca-samobójcę.

Zwerbowane bakterie E.coli wytwarzają białko zwane LasR, które rozpoznaje cząsteczki wykorzystywane przez komórki P.aeruginosa do komunikowania się ze sobą. Kiedy LasR wykryje odpowiednie sygnały chemiczne, uruchamia dwa geny. Pierwszy z nich uzbraja bombę. Produkuje toksynę (zwaną piocyjaniną)  która zabija P.aeruginosa przebijając jej zewnętrznej ściany, co skutkuje tym, że jej wnętrzności wypływają na zewnątrz. Drugi gen detonuje bombę. Wytwarza białko, które sprawia, że E.coli zostaje rozerwana na strzępy, niszcząc siebie, ale także wypuszczając strumień śmiertelnej toksyny tuż obok P.aeruginosa.

Piękno tego rozwiązania polega na tym, że przeciwko bakterii P.aeurginosa została użyta jej własna broń. Piocyjanina to prawdę mówiąc wynalazek P.aeruginosa. W sytuacjach zagrożenia te oportunistyczne bakterie używają jej do eliminowania innych, rywalizujących z nimi szczepów bakterii. Saeidi i Wong skupili się na pewnym rodzaju tej broni — piocyjaninie znanej jako S5. Działa ona dwojako: zabija oraz sprawia, że komórki gospodarza stają się odporne na jego własną broń. Uzbrajając swoich zamachowców w piocyjaninę S5, Saeidi i Wong odkryli, że mogą zabić wiele szczepów P.aeruginosa, które nękają pacjentów szpitali.

Podczas wstępnych badań laboratoryjnych zamachowcy E.coli dowiedli swojej niezwykłej skuteczności przeciwko P.aeruginosa. Kiedy skonfrontowano ze sobą oba gatunki, zamachowcy osiągnęli prawie 99% swoich celów. Eliminowali nawet do 90% komórek obecnych w biofilmach — mulistych środowiskach P.aeruginosa. Biofilmy to jakby miasta bakterii; niezwykle trudno je zniszczyć. Ale zamachowcom E.coli udało się dosięgnąć nawet te cele.

Oczywiście metodzie Saeidi i Wonga daleko jest jeszcze do zastosowania klinicznego. Badacze nie przetestowali nawet bakterii-zamachowców bezpośrednio na zwierzętach, a tym bardziej na ludziach. Wykazano jedynie zasadniczą skuteczność. Mimo to trudno jest nie ekscytować się poszukiwaniami nowych metod radzenia sobie z infekcjami bakteryjnymi. Ostatecznie przecież przegrywamy wojnę z mikrobami.

Rozwój nowych antybakteryjnych leków utknął w martwym punkcie. Zdecydowana większość najskuteczniejszych antybiotyków została stworzona między rokiem 1940 a 1960; w ostatniej dekadzie pojawiły się na rynku jedynie dwa nowe specyfiki. W tym czasie bakteriom udało się stawić opór dotychczas używanym środkom. Odnotowano już szczepy, które są odporne na prawie wszystkie znane leki.

P.aeruginosa jest szczególnie trudna w leczeniu, ponieważ posiada naturalną odporność na wiele antybiotyków. Bakterie te posiadają pewną liczbę molekularnych pomp usuwających lek. który dostał się do ich wnętrza. Lekarze często stosują leczenie w postaci bombardowania bakterii wieloma różnymi lekami, ale P.aeruginosa może przejść do tolerowanego przez organizm stanu uśpienia, co zapewnia jej przetrwanie. W międzyczasie lek sieje spustoszenie wśród zdrowych bakterii, które są normalnymi kolonistami naszych ciał.

Niektórzy naukowcy próbowali używać jako alternatywy wirusów zwanych fagami, które obierały za cel i niszczyły bakterie. Odnosili pewne sukcesy w badaniach na myszach, ale Saeidi i Wong uważają, że ta metoda jest problematyczna. Może zostać użyta tylko raz — później gospodarz wytwarza przeciwciała zwalczające wirusy.

Saeidi i Wong spróbowali innego podejścia. Ich praca stanowi przykład ekscytującej dziedziny badań — biologii syntetycznej, której celem jest podrasowanie biologii tak, aby sprostała zadaniom, z którymi w naturalny sposób nie mogłaby sobie poradzić. Często wiąże się to z łączeniem naturalnych składników w nowe kombinacje, coś jak wybieranie nieużywanych części do konstruowania na życzenie żywych organizmów. W tym przypadku Saeidi i Wong połączyli genetyczne składniki, które odpowiadają za rozpoznanie P.aeruginosa, wytwarzanie piocyjaniny i wykonywanie samobójczego ataku bombowego, w taki sposób, że pierwsza czynność może wywołać dwie ostatnie.

Na konto tej dziedziny badań należy przypisać nie tylko kilka sztuczek salonowych, ale i wiele użytecznych dokonań, wliczając w to używanie bakterii i grzybów jako leków antymalarycznych, tworzenie biopaliw, odkażanie wody, a nawet zwalczanie komórek rakowych. Jednak nikt wcześniej nie próbował użyć bakterii przeciwko ich własnemu gatunkowi. Badania Saeidi i Wonga to dopiero pierwszy krok, ale udało im się naświetlić nową i intrygującą ścieżkę badawczą.

Źródło: Saeidi, Wong, Lo, Nguyen, Ling, Leong, Poh & Chang. 2011. Engineering microbes to sense and eradicate Pseudomonas aeruginosa, a human pathogen. Molecular Systems Biology http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.55

Tekst oryginału.

Not Exactly Rocket Science/Discover, 16 sierpnia 2011r.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: Lewicy żal Gubernatorze Perry: Ewolucja jest faktem

Comment on this article..   See comments (5)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Ed Yong Mieszka w Londynie i pracuje w Cancer Research UK. Jego blog „Not Exactly Rocket Science” jest próbą zainteresowania nauką szerszej rzeszy czytelników poprzez unikanie żargonu i przystępną prezentację.  Private site  Number of texts in service: 148  Show other texts of this author  Newest author's article: Podstępny cętkowany kot udawał, że jest przedstawicielem innego gatunku