Szupermikroszkóppal a betegségek ellen

A több milliárd éves ősbaktériumok segíthetik az evolúciókutatást, az antibiotikumok és a rákgyógyszerek fejlesztését.

A biológusok sokáig úgy vélték, hogy minden földi élet mindössze két fajta, a sejtjeik alapján megkülönböztethető organizmusból fejlődött ki: az eukariotákból (olyan élőlények, mint a növények és az állatok, melyek sejtmaggal és membránnal körülvett mitokondriummal (sejtszervecskével) rendelkeznek), és a baktériumokból, melyek sem mitokondriummal, sem a genetikai anyagukat körülvevő membránnal nem rendelkeznek. 1977-ben azonban Carl Woese amerikai mikrobiológus felfedezte, hogy az egyik hő- és sótűrő baktérium-alcsoport tulajdonképpen az élet „harmadik doménje”. A csoportnak az archeák nevet adta. Feltételezések szerint a 82°C körüli hőmérsékletű élőhelyeket kedvelő archeák mintegy 20 százalékát teszik ki a Föld biomasszájának. A Cambridge-i Egyetem és a Sydney-i Műszaki Egyetem ithree Intézetének kutatói nemrégiben publikáltak egy tanulmányt a Nature folyóiratban, melyben bemutatták az evolúció 2,5 milliárd évvel ezelőtti első lépéseit. „Az archeák és a baktériumok az evolúció korai szakaszában egyesültek, így jött létre az összes többi, jelenleg létező komplex életforma” – mondja Iain Duggin, az ithree Intézet kutatója.

Dr. Duggin és csapata Holt-tengeri sótűrő archeákat tanulmányozott. „Nevével ellentétben a hely csak úgy nyüzsög az élettől” – mondja nevetve.Munkájuk során az eukarióták és az archeák által létrehozott fehérjék közötti hasonlóságokat kutatták. „Rekonstruáltuk az evolúció lépéseit" – mondja Dr. Duggin. „Meg akartuk tudni, hogy miért maradt meg az egyes fehérjék funkciója."
A csapat egyenként azonosította, majd törölte az egyes géneket, és megfigyelte, hogy mi történik.  „Ez volt a fordított genetika” – meséli Duggin.Hamarosan észrevették, hogy egyes gének hatással vannak a mikrobák alakszabályozási képességére, nevezetesen, hogy korong alakúból cső alakúvá változzanak. Dr. Duggin azonban ennél is mélyebbre akart ásni: a mikroba belsejében zajló fizikai változásokat is dokumentálni akarta.A vizsgált ősbaktériumok aprócskák voltak, maximum 2 mikron átmérőjűek, azaz az emberi hajszál szélességénél 20-szor kisebbek. Belsejüket alig lehetett látni. A csapat a GE Healthcare Life Sciences részlege által fejlesztett szupernagy felbontású Delta Vision OMX mikroszkóppal orvosolta a problémát. A készülékkel három dimenzióban figyelhetők meg az organizmusok, túllépve még az Ernst Abbe-féle diffrakciós határt is, mely sokáig a végső határát jelentette a mikroszkópok felbontásának. „A mikroszkóppal benézhettünk a falak mögé” – mondja Dr. Duggin. „Olyan részleteket sikerült kivennünk, melyeket korábban még sohasem láttunk.”

A csapat a CetZ elnevezésű fehérjecsalád tanulmányozása során arra a felfedezésre jutott, hogy ezek a fehérjék miniatűr csontvázként viselkedve teszik lehetővé, hogy az archeális sejtek szabályozzák alakjukat és irányítsák mozgásukat. E „citoszkeletonnak” köszönhetően a sejtek tányér alakúból torpedószerű alakzattá tudnak átalakulni a gyorsabb úszás érdekében. A kutatás arra a megállapításra jutott, hogy ez a tulajdonság nem a komplexebb organizmusokban fejlődött ki, hanem valószínűleg az archeáktól öröklődött.A kutatás eredményei láttán nem volt haszontalan visszamenni a múltba. A csapat leírta, hogy a CetZ „egy olyan, emberekben megtalálható fehérjéhez kötődik, amely jelenleg számos érdemi rákterápia célpontja, a baktériumokban pedig ez a fehérje kritikusan fontos szerephez jut a sejtosztódásban és sejtmultiplikációban.”Az emberi fehérje a tubulin, a baktériumban megtalálható fehérje pedig az FtsZ elnevezésre hallgat. „Miközben a tubulin fő célpont a rákellenes gyógyszerek fejlesztésében, úgy gondoljuk, hogy az FtsZ fontos célpont lehet az új antibiotikumok fejlesztésében, lehetővé téve az olyan fertőzésellenes gyógyszerek kifejlesztését, amelyek kevesebb mellékhatást okozva gátolják a sejtek osztódását és növekedését” – mondja Dr. Duggin.Az archeális fehérjék a tubulin-FtsZ „szupercsalád” egy még régebbi, minden életforma – az archeák, a baktériumok és az eukarióták – mikrobális ősében közös fehérjeősére is fényt deríthetnek.