137425
A tudomány hírei
Vissza
2016. 01. 22.

Az evolúció előrejelezhetőségéért tettek lépéseket szegedi kutatók

A környezetünkben élő baktériumokban kimutathatók az alkalmazkodás alapját képező evolúciós nyersanyagok – bizonyították be az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont kutatói. Eredményeiket – amelyek a jelenleginél hatékonyabb antibiotikumok megalkotásához és terápiás módszerek kidolgozásához is hozzájárulhatnak a jövőben – több rangos folyóiratban, legutóbb a Nature Communications-ban közölték.

„Az élőlényeknek egy új környezethez való alkalmazkodáshoz gyakran minőségileg új molekuláris folyamatokra, úgynevezett evolúciós újdonságok (innovációk) megjelenésére van szükségük. Ilyen innováció lehet egy antibiotikum lebontása, vagy valamilyen addig hasznosíthatatlan tápanyag beépítéséhez szükséges anyagcsere-folyamat megjelenése” – mondta Kintses Bálint, az MTA SZBK Biokémiai Intézet, Szintetikus és Rendszerbiológiai Egység tudományos munkatársa az mta.hu-nak.

Kintses Bálint
Kintses Bálint

 

A kutatók hipotézise szerint amennyiben sikerül kimutatni egy baktérium vagy egy bakteriális közösség DNS-ében kódolva az innováció alapjául szolgáló nyersanyagokat, akkor ezzel előre jelezhető a baktériumok jövőbeli alkalmazkodása. Az új sejtfolyamatok ugyanis nem a semmiből keletkeznek. A sejtben tevékenykedő fehérjék gyakran végeznek a saját feladataikon túlmenően nagyon kis hatékonysággal végbemenő mellékreakciókat is. Ezek az úgynevezett rejtett funkciók, melyeket az evolúciós alkalmazkodás nyersanyagának tekinthetünk, könnyen felerősíthetőek, ha a sejt számára fontossá válik a túléléshez.

Másodpercenként ezer parányi csepp átvizsgálása

A vizsgálatok szempontjából kulcsfontosságú volt az a miniatűrizációs fejlesztés, amellyel megsokszorozták a korábbi hatásszűrő rendszerek áteresztőképességét. A biokémiai reakciók a milliméter századrészénél kisebb víz-olaj cseppek által formált reakcióterekben zajlanak le. A Cambridge-i Egyetemen töltött évei alatt Kintses Bálint által kidolgozott mikrofluidikai eljárással másodpercenként 1000 parányi cseppet tudnak átnézni, melyek mindegyikében egy külön DNS darab által kódolt fehérje aktivitását tesztelik.

A korábbiaknál gyorsabb és érzékenyebb eljárás

„A technika legfontosabb vívmánya, hogy nem csak sokkal gyorsabb az eddigi eljárásoknál, de a parányi reakciótérrel az érzékenységet is sikerült annyira megnövelni, hogy az alkalmassá vált a sokszor nagyon kis hatékonysággal végbemenő rejtett enzimfunkciók kimutatására a környezeti mintákból kinyert DNS-ben‟ – ismertette a Nature Communications folyóiratban megjelent tanulmányt Kintses Bálint.

E munkában kimutatták, hogy az élőlények azért tudnak nagyon gyorsan alkalmazkodni a mezőgazdaságban használt bizonyos rovarirtó szerek jelenlétéhez, mert a lebontásukat végző enzimfunkció evolúciós nyersanyaga nagyon elterjedt a környezetben. Így a természet számára nem volt nehéz gyors megoldást találni. Az eredmények jelentőségét a Nature Chemical Biology folyóiratban is méltatták.

Környezeti mintákból kinyert DNS hatásszűrése mikrofluidikai rendszerben gyenge enzimreakciók kimutatására. Ezek a látens enzimreakciók evolúciós nyersanyagot jelentenek környezeti kihívások esetén az élőlények számára
Környezeti mintákból kinyert DNS hatásszűrése mikrofluidikai rendszerben gyenge enzimreakciók kimutatására. Ezek a látens enzimreakciók evolúciós nyersanyagot jelentenek környezeti kihívások esetén az élőlények számára.
Kattintson a képre a nagyobb változatért!

 

Elsőként rekonstruálták a rejtett anyagcsere-hálózatot

Ezzel párhuzamosan Szegeden olyan módszert dolgoztak ki az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársai Papp Balázs és Pál Csaba Lendületes kutatócsoportjainak együttműködésével, amellyel azt vizsgálták, hogy a rejtett enzimreakciók milyen tápanyagok felhasználásához nyitják meg az utat a baktérium számára az evolúciós alkalmazkodás során. 

Vizsgálataik során a szegedi kutatók összegyüjtötték egy baktériumsejtben eddig felfedezett összes rejtett enzimreakciót, és egy olyan matematikai modellbe öntötték, amely elsőként írja le az evolúciós nyersanyagokból felépülő anyagcsere-hálózat működését. Mivel ez a hálózat a sejt fiziológiás anyagcsere-hálózatának hátterében működik, a felszín alatti, vagyis underground anyagcsere-hálózat nevet adták neki. Eredményeik, amelyekről korábban az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának folyóiratában, a Proceedings of the National Academy of Sciences-ben számoltak be, megerősítették azt a feltételezésüket, hogy a felszín alatti anyagcsere-hálózat modellezésével előre jelezhetők a sejt alkalmazkodási képességei. A módszernek nagy jelentősége lehet a rákkutatásban is, mivel a daganatos sejtek anyagcseréje is gyakran evolúciós változásokon megy keresztül.

„Korábban a kutatók nem tulajdonítottak nagy jelentőséget ezeknek az általában kis hatékonysággal lezajló mellékreakcióknak, megfigyelésük csak az elmúlt évtizedben kapott hangsúlyt. Arról pedig semmilyen vizsgálat nem szólt, hogy egy élőlényben milyen gyakorisággal fordulnak elő ilyen reakciók, és mekkora részben lehetnek ezek hasznosak az evolúció számára" – magyarázta Kintses Bálint.

A cél – „okosabb" antibiotikumok és terápiák kifejlesztése

Pál Csaba és Papp Balázs csoportjai jelenleg az antibiotikum-rezisztenciára összpontosítanak. „Kollégáimmal olyan módszereket fejlesztünk, amelyekkel előre jelezhetjük, hogy a rezisztencia megjelenik-e vagy sem klinikai jelentőségű kórokozókban. Érdeklődésünk középpontjában főleg olyan újgenerációs antibiotikumok vannak, amelyek jelenleg még klinikai vizsgálatok alatt állnak, és csak a jövőben tervezik a piacra dobásukat. Amennyiben képesek leszünk előre jelezni, hogy ezek a gyógyszerek mennyi ideig lesznek hatékonyak, akkor fel tudunk készülni a jövőbeni kihívásokra. Abban bízunk, hogy modelljeink segítenek majd elkerülni a jelenlegi kritikus helyzethez hasonló szituációk kialakulását, amikor a szuperbaktériumok szinte minden antibiotikummal szemben ellenállóvá váltak, és »okosabb« antibiotikumok és terápiák fejlesztéséhez vezethetnek" – fogalmazott Kintses Bálint.

További információ
Kintses Bálint: kintses.balint@brc.mta.hu