Baktérie z ľudských výkalov by mohli liečiť rakovinu či AIDS

Autor: Mária Džunková | 19.10.2012 o 21:23 | (upravené 17.11.2012 o 22:23) Karma článku: 11,23 | Prečítané:  2757x

Tento týždeň mi uverejnili článok v PlosOne o tom, ako sa nám podarilo zistiť, že baktérie, ktoré obývajú naše črevá, by sa dali priemyselne využiť, napríklad aj na výrobu nových liekov proti najrozličnejším chorobám. Ľudia od dávnej minulosti hľadali za týmto účelom rastliny či mikroorganizmy v prírode okolo seba, netušili sme však, koľko potenciálu v sebe skrývajú cca 2 kg baktérií, ktoré nosíme po celý život v našich telách. Na stránke http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0047654 nájdete originál môjho článku.

V ľudskom tele je neuveriteľné množstvo baktérií. Každý zdravý človek ich má neúrekom v črevách, v koži, v ústach, v pľúcach, v pohlavných orgánoch a dokonca pravdepodobne aj v materskom mlieku. Najviac rôznych druhov je v našich črevách. V mojom laboratóriu začínam prácu s jednou kávovou lyžičkou ľudského výkalu. Približne tretina z neho sú baktérie. Najprv ich nie je vidieť, ale keď použijete vysokú odstredivú silu, tak môžete oddeliť nestrávené zvyšky potravy od akejsi usadeniny, ktorá bude najprv možno červená, zelená, čierna či klasická hnedá - podľa toho, čo ste v daný deň jedli. Ale keď ju ešte párkrát premyjete, zistíte, že sú to baktérie z našeho výkalu.

Odhaduje sa, že baktérií je v ľudskom tele 10 krát viac než má človek svojich vlastných telesných buniek. Sú však menšie a niekedy poriadne ukryté, takže sa ich do našich útrob zmestí naozaj veľa. Ale nie všetky druhy baktérií z nášho tela sa dajú pestovať na miskách v laboratóriách. Mnohé z nich potrebujú špeciálne prostredie, a preto zostáva ešte mnoho druhov baktérií, ktoré nepoznáme. Vďaka najmodernejším technológiám však môžeme spoznať genetickú informáciu aj tých baktérií, ktoré sme nikdy nepestovali ani nevideli.

Nevedecká verejnosť si určite zaslúži byť informovaná o tom, aké experimenty robia vedci z ich daní a k akým výsledkom dospeli. Niekedy je ťažké nájsť spôsob, akým ľudí informovať o svojej práci. Keď sa prestaneme vyjadrovať “high-tech” spôsobom a začneme vysvetľovať veci príliš po lopate, začne sa vám zdať, že sa vlastne venujeme len veľmi jednoduchým všeobecným veciam, ktoré sú už dávno objavené. Opačný extrém - príliš veľa učených slov ľudí unaví, pretože začnú mať pocit, že sa nad nimi vyvyšujeme a že len míňame verejné financie na nepotrebné nezmysly. Najhoršie je, keď niečo vedci takto vysvetľujú novinárom a ono to nakoniec skončí velkým titulkom, že vedci dokážu cestovať nadsvetelnou rýchlosťou alebo že zistili, ako dosiahnuť večnú mladosť. Ja som sa rozhodla, že každý vedecký článok, ktorý vydám, podrobne rozoberiem na mojom blogu a v spôsobe vyjadrovania sa budem snažiť nájsť nejakú strednú cestu...

Genetická informácia v bunkách je uložená v DNA - vo forme dlhého radu rôzne usporiadaných nukleotidov – ktoré sa značia písmenami A, T, C, G. V prípade človeka je to viac než 3 000 000 000 písmen. Taká obyčajná baktéria zvykne mať jeden až päť miliónov písmen. Väčšina písmen u baktérií kóduje nejaké gény, ale človek (a iné komplikovanejšie organizmy) má aj písmená, ktoré sú usporiadané tak, že nie sú zodpovedné za žiadne gény (a len postupne a veľmi ťažko sa prichádza na to, načo tieto nekódujúce písmená vlastne sú). Týmito číslami chcem povedať, že keby prišiel na Zem nejaký mimožemšťan, hodil by človeka do mixéra a chcel by zistiť, koľko je v tej zmixovanej zmesi rôznych génov, tak by mu vyšlo, že ľudské gény sú len nejaká malá kontaminácia, že sme vlastne viac baktérie než ľudia. Týmto šialeným príkladom vám chcem dokázať, že je potrebné spoznať to, čo v nás žije.

Moja náplň práce je zisťovať poradie týchto písmen – teda genetického kódu u baktérií, iným slovom sekvenovanie genómov baktérií. V prírode niekedy žije veľa baktérií vo veľmi úzkom spojení, navzájom si pomáhajú alebo si robia napriek, jedna sa zameriava na niečo a druhá na niečo iné. Každá časť prírody má svoje špecializované zloženie baktérií, každý človek má svoje vlastné zloženie baktérií, ba dokonca aj každý kúsok kože na našom tele má odlišné zloženie baktérií... Ak nás teda nezaujíma genóm nejakej konkrétnej baktérie, ale zaujíma nás, čo dokážu v nejakom prostredí tieto baktérie ako celok, hovoríme o sekvenovaní metagenómu.

Ja som si teda vzala na mušku metagenóm z ľudského výkalu. Chcela som vedieť, či obsahuje nejakú zaujímavú baktériu, ktorú ešte nepoznáme, ktorá by sa mohla napríklad v priemysle na niečo hodiť. Možno objavím nejakú, ktorá produkuje nejakú liečivú prírodnú látku či niečo iné užitočné. Veď je toľko chorôb, ktoré súvisia s ľudským tráviacim systémom! Na niektorých ľudí sa choroby doslova lepia, ale sú aj takí ľudia, ktorí sú vždycky zdraví. Ako keby ich niečo chránilo, čo ešte nepoznáme. Žeby nejaké baktérie?

V laboratóriu to začalo tak, že baktérie z ľudského výkalu som nechala natráviť v skumavke rôznymi enzýmami a chemikáliami, aby sa narušila ich bunková štruktúra a dostala som z nich DNA a odstránila všetko ostatné. V jednej fáze tohoto protokolu je možné DNA vidieť ako bielu, skoro priesvitnú usadeninu na dne mikroskumavky, ktorá sa však po pridaní vody rozpustí. Tak pre predstavu, z tej spomínanej kávovej lyžičky ľudského výkalu dostanem asi tak jedno makové zrnko DNA.

docs1-4.jpg

DNA je vo svojej podstate vlastne chemická látka ako každá iná, akurát jej štruktúra je dosť komplikovaná a veľmi dlhá (ako som už písala, niekoľko miliónov písmen dlhá). Spomínaný rad písmen A, T, C, G, ktoré ju tvoria, sa dá nastrihať na kúsky špeciálnymi enzýmami. Tieto enzýmy strihajú DNA za presne určeným radom písmen - prechádzajú po celej dĺžke DNA a keď natrafia napríklad na poradie GAATTC, tak prestrihnú DNA presne za písmenkom G. Takto sa moja niekoľko miliónov písmen dlhá molekula DNA nastrihá na kúsky dlhé len niekoľko tisíc písmen. Tu na obrázku je nastrihaná DNA zobrazená pod UV svetlom.

Prečo ju potrebujem mať takto nastrihanú na kúsky? Ďalší krok je totiž zlepiť tieto kúsky s iným kúskom DNA, takzvaným plasmidom. Okrem toho, že baktérie majú svoj genóm dlhý niekoľko miliónov písmen, ich DNA sa môže nachádzať v bunke ešte aj vo forme akýchsi kruhov - plasmidov. Človek objavil, že sa v prírode tieto kruhy občas premiestňujú z jednej baktérie do druhej, a tak vymyslel, ako to urobiť aj v skúmavke. Baktéria sa potom bude správať podľa toho, čo je zakódované v tej kruhovej DNA, teda plasmide. Plasmid je možné si už aj v skumavke umelo prispôsobovať, podľa toho, čo v ňom chceme mať, použijeme enzýmy, ktoré strihajú a lepia, a tak naša baktéria bude mať také vlastnosti, aké jej nariadime my. Ak chceme, môže napríklad aj svietiť pod UV lampou...

No a ako teda dostaneme do baktérie takú DNA, akú chceme my? Pomocou jedného lepiaceho enzýmu zlepíme vybrané kúsky DNA s naším plasmidom. Potom sa zmiešame tieto polepené plasmidy s baktériami a dáme im jeden elektrošok, a tak príjmu do svojho vnútra tieto plasmidy. Každá individuálna baktéria bude v sebe nosiť iný plasmid - odteraz tieto baktérie budem nazývať klony. Klony sa začnú rozmnožovať so svojim novým plasmidom a žijú spokojne ďalej akokeby sa nič nestalo. Akurát, že majú navyše i nové vlastnosti, ktoré sme im vložili my vedci. Používajú sa na to zvyčajne priateľské baktérie, napríklad E.coli (alebo aj kvasinky), ktorých genóm už dobre poznáme, a tak by sa nemalo stať, že vytvoríme nejakého nezničiteľného mutanta.

Keď sa hľadajú nové prírodné látky medzi baktériami, ktoré nepoznáme a nemôžeme kultivovať, tak nám práve táto metóda veľmi pomáha. Vieme predsa kultivovať známu baktériu E. coli a keď do nej vložíme kúsok DNA z neznámej baktérie, naša E.coli bude niesť aj jej neznáme vlastnosti, ktoré môžeme v pokoji študovať. Normálne to funguje tak, že ak vedci chcú nájsť nejaký nový enzým, biochemici vymyslia nejaký test a skušajú, ktorý z E.coli klonov má v sebe vložený kúsok DNA, ktorý bude na daný test pozitívny. Na to ale treba preskúmať tisícky klonov, stojí to veľa peňazí a niekedy to nie je úspešné.

Ak sa potom nájde nejaký pozitívny klon, tak vedci musia vymyslieť spôsob, ako tieto klony donútiť, aby nám vyrábali prírodnú látku v takých množstvách a v takej forme, ako potrebujeme. Určite ste už počuli, že baktérie by mohli rozkladať ropné škvrny, dolovať kovy a všeličo iné, a to všetko je vždy určitom kroku spojené s klonovaním do E.coli.

My sme sa ako prví pokúsili jednoducho vziať niekoľko stoviek rôznych klonov a dali sme ich do najmodernejšieho prístroja – sekvenátora, aby nám zistil ich sekvencie (poradie písmen A, T, C, G). Tak budeme hneď vedieť, aký priemyselný potenciál tieto hybridné baktérie majú.

Znie to jednoducho, ale obnáša to veľa problémov:

  1. Treba vymyslieť, ako donútiť plasmidy, aby sa lepili čo k najdlhším kúskom našej DNA z výkalu. Ak by to boli veľmi krátke úseky, nedostali by sme z nich dostatočne dlhú genetickú informáciu, takže by sme ju nevedeli úspešne identifikovať a nevedeli potom prípadne priemyselne využiť.

  2. Pri príprave DNA na sekvenovanie musíme byť opatrní a odstrániť DNA, ktorá patrí genómu E.coli, pretože tú už dávno poznáme a len by nám zaberala v sekvenátore miesto, čo by boli vlastne zbytočne vyhodené peniaze. Zaujímajú nás len plasmidy s neznámou DNA. Treba tiež vypočítať, koľko zmiešaných plasmidov môžeme naraz do jedného sekvenátora dať.

  3. Ako postupovať potom, keď nám už sekvenátor vydá sekvencie? Budú rozhádzané, roztrhané na kúsky. Bude ich treba pospájať, čo nie je žiadna hračka. Jeden náš plasmid má tak 10 000 – 20 000 písmen, ale sekvenátor dáva sekvencie dlhé tak 800 písmen, preto musíme DNA týchto plasmidov ešte nakrájať a až tak ju dať do prístroja. Potom tieto krátke sekvencie v počítači musíme pospájať, a to je teda dosť zložité. Ideálne by bolo, keby sme napríklad 400 nakrájaných plasmidov zložili v počítači do 400 kruhov.

  4. V prípade, ak nájdeme nejaký zaujímavý protein, ako budeme vedieť dohľadať medzi stovkami klonov, ktorý z nich obsahuje tento protein?

To všetko sa nám podarilo vyriešiť a keď už sme konečne zo sekvenátora dostali sekvencie, preložili sme ich do ďalších písmen - aminokyselín, ktoré vlastne DNA kóduje, a tieto sekvencie aminokyselín sme hľadali v databázach na internete. Tak sme objavili, že naše plasmidy, teda kúsky pôvodne pochádzajúce zo známych či neznámych baktérií z ľudských výkalov, majú veľmi zaujímavé sekvencie.

Naša stratégia je výnimočná v tom, že ak by ste do sekvenátora hodili len tak klasicky rovno baktérie z ľudského výkalu a našli by ste sekvencie nejakého zaujímavého proteinu, už nikdy by ste sa nemohli vrátiť späť k baktérii, ktorá tento protein produkuje, pretože by ste ju medzi miliónami baktérii v našich črevách nenašli. Ak však DNA týchto baktérií nakrájate na kúsočky a vložíte do E.coli, vypestujete si tieto klony a pekne po jednom zoradené uložíte do mrazáku, tak nebudete mať žiaden problém spätne dohľadať, z ktorého klonu protein pochádza, pretože na inom jednoduchšom type sekvenátora môžeme osekvenovať začiatočné písmená každého klonu. Nezáleží na tom, z akej baktérie pôvodne protein pochádzal, podstatné je to, že teraz je už uložený do E.coli, a teda je domestikovaný.

Porovnaním s databázami sme zistili, že baktérie z našeho výkalu majú sekvencie, ktoré kódujú doposiaľ neobjavené či nepopísané proteiny. Naša metóda dáva šancu iným vedcom, aby tieto proteiny skúmali. Okrem toho sme našli aj sekvencie proteinov, ktoré už vedci poznajú a zistili, že slúžia proti hepatitíde C, AIDS, rôznym typom rakoviny či cystickej fibrózy alebo sú to proteiny, bez ktorých človek trpí nervovými poruchami. Len doteraz nikto nevedel, že tie isté látky môžu produkovať aj baktérie v našich črevách. Zaujímavé, čo? Teraz nám už len zostáva nájsť súkromnú firmu, ktorá umožní, aby sa tieto objavy pretransformovali do nových liekov.

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

KOMENTÁRE

Van der Bellen nevyhral, to len populizmus porazil sám seba

Miloš Zeman sa tešil predčasne. Ukazuje sa, že víťazstvá radikálov či populistov nie sú ani v dnešnej dobe samozrejmosťou.

KOMENTÁRE

Renzi dal sám sebe mat. Dostala ho aj Európa?

Taliansky výsledok je politicky nepomerne ďalekonosnejší než rakúsky.

SVET

Taliansky premiér Renzi po prehre v referende podá demisiu

Hlasovanie zaznamenalo vysokú účasť.


Už ste čítali?