Ha a gyógyítás érdekében a szándékaink szerinti együttműködésre késztethetjük a mikrobákat, akkor teljesen új kezelési módszerek honosodhatnak meg, s lehetővé válik a súlyos betegségek sokkal hatékonyabb kezelése. A biomérnöki, biomedikai kutatások jelentősége többek között ezért is növekszik. Ezt jól mutatja, hogy a hozzá kapcsolódó piac szélsebesen bővül. Jövőre a mérete várhatóan eléri a 150 milliárd dollárt , ami több mint a duplája az öt évvel korábbinak. E fejlődési ütem fenntartásához néha megoldhatatlannak látszó problémákat sikerül egy nagy ötlettel leküzdeni, máskor a természet maga kínál megoldást. Ezúttal is ez történt.
A Kaliforniai Egyetem (San Diego) biomérnökei újratervezték annak a módját, ahogy az ártalmatlan E. coli baktériumok egymással beszélgetnek - írja a Phys.org tudományos portál. Az így létrehozott új genetikai áramkör azoknak a szintetikus biológusoknak a kezében ér majd aranyat, akik különféle feladatok elvégzésére terveznek baktériumokat. Az átalakított mikrobák például gyógyszereket szállíthatnak, értékes vegyületeket állíthatnak elő vagy érzékelni fogják a környezet jellemzőit, változásait. A most bemutatott ellenőrzési módszer megteremtéséhez a baktériumsejteket úgy alakították át, hogy azok kémiai jelzések útján ne legyenek képesek kommunikálni egymással, kivéve, ha egy adott külső molekula is jelen van. Az eredményeik ismertetése a Nature Communications folyóiratban jelent meg.
A kvórumérzékelés csodája
A tudósok hagyományosan olyan eredeti baktériumkommunikációs rendszereket használnak, amelyeket összefoglalóan kvórumérzékelésnek hívnak. (A kvórumérzékelést a baktériumok annak megítélésére használják, hogy mekkora a populációjuk sűrűsége, és ennek megfelelően változtatnak a viselkedésükön.) Ezzel képesek kontrollálni azokat a baktériumközösségeket, amelyekkel elvégezhető például a célzott gyógyszeradagolás.
A baktériumok kvórumérzékelése a kis jelző molekulák előállításán, szétterjesztésén és elfogásán alapszik a populáció baktériumsejtjei között. Az egyik komoly kihívás az, hogy nehéz e rendszereket kívülről szabályozni. A most bemutatott megoldás a baktériumok kommunikációját ellenőrzi, és ezáltal jobban kontrolálhatóvá válnak azok a hasznos feladatok (folyamatok), amelyeket e baktériumpopulációk teljesítenek. A biomérnökök egyik kedvenc mikrobája, az igen sokoldalúan használható Rhodopseudomonas palustris fotoszintetizáló baktériumban található genetikai áramkör ihlette a megoldást. Ennek lényege, hogy csak akkor működik, ha a baktériumokat a legtöbb gyümölcsben és zöldségben is megtalálható vegyülettel, p-kumarinsavval látják el.
"A baktériumok eltérően koordinálódnak attól függően, hogy mekkora mennyiségű p-kumarinsavat juttatunk nekik. Ha nem kapnak p-kumarinsavat , akkor nem tudnak kommunikálni egymással, de ha közepes koncentrációt kapnak, már képesek megjelölni és megosztani a kolóniájuk méretét. Ha túl sokat adunk nekik, akkor viszont túltermelik a jelzőmolekulákat, amelyek megtévesztik őket, és úgy kezdenek viselkedni, mintha egy nagy populáció részei lennének" - mondta Arianna Miano , az egyetem kutatója, a tanulmány vezető szerzője.
Mikorszkopikus teherjárművek
A San Diego-i biofejlesztőknek sikerült bizonyítaniuk, hogy az úgynevezett indukálható kvórumérzékelő áramkörök és egy (a mikroba lebomlását ellenőrző) lízis gén expressziója közösen lehetővé teszi a baktériumsejtek koordinációját térben és időben. A baktériumok lízisét korábban már az egyetem tudósai arra használták, hogy rákgyógyszereket adagoljanak megcélzott daganatok környezetébe. Az indukálható kvórumérzékelés azonban jelentősen megnövelheti a parányi "teherjárművek" irányítását, összehasonlítva a jelenleg rendelkezésre álló teljesen eredeti (natív) kvórumérzékelő rendszerekkel.
Egy lízisgén és a hagyományos kvórumérzékelő rendszer alkalmazásával a rakomány kiszállítása csak akkor történik meg, ha a baktériumok elég magas koncentrációt érnek el. A p-kumarinsav alacsony és közepes koncentrációját használva azonban pontosan szabályozható, hogy mikor jusson hatóanyag a megcélzott szövetekbe. A kutatók azt is kimutatták, hogy a magas koncentrációjú p-kumarinsavval való kezelés elpusztítja az összes baktériumsejtet, mert arra kényszerülnek, hogy folyamatosan termeljék a lízisfehérjéket, függetlenül a populáció méretétől. Miano szerint azonban még csak "megkarcolták" a bakteriális kommunikációs rendszerek felszínét. De már látják, hogy mekkora lehetőségek nyílhatnak meg, ha a különféle gének expresszióját hozzákapcsolják a szabályozott kommunikációhoz.
