Autorzy badań

Liderem projektu, który doprowadził do stworzenia zmodyfikowanej wersji E. coli, jest prof. Matthew Chang, specjalizujący się w biologii syntetycznej. Badaniami prowadzonymi w jego pracowni kieruje filozofia, mówiąca o potrzebie integracji systemów używanych w biologii syntetycznej z zasadami inżynierii w celu zapewnienia rozwiązań najważniejszych problemów związanych m.in. z ludzkim zdrowiem czy ekologią.

Jak to działa? - opis niszczycielskiego arsenału

Bakterie E. coli stworzone w singapurskim laboratorium są wyposażone w system "znajdź i zniszcz" nakierowany tylko i wyłącznie na komórki bakterii Pseudomonas aeruginosa ‑ jest ona odpowiedzialna za zapalenie płuc oraz inne schorzenia. Jest ona również jednym z najważniejszych i najgroźniejszych drobnoustrojów powodujących zakażenia wewnątrzszpitalne. Leczenie infekcji spowodowanych obecnością Pseudomonas aeruginosa jest kłopotliwe z powodu jej dużej oporności na antybiotyki.

W ramach wcześniejszych badań zespół prof. Changa opracował zmodyfikowaną E. coli zdolną do produkcji antybakteryjnej piocyny. Komórka następnie pękała po wykryciu odpowiedniego sygnału chemicznego, aby w ten sposób uwolnić śmiercionośny ładunek do swojego otoczenia. Tym razem naukowcy umieścili w komórce E. coli gen odpowiedzialny za syntezę bakteriocyny o nazwie mikrocyna S (MccS). Jest to krótki peptyd (mniejszy niż piocyna), przez co komórka bakterii jest w stanie uwalniać go do swojego otoczenia i nie ginąć przy tym. Oznacza to, że potrzeba mniej komórek bakterii do skutecznego zwalczenia infekcji.

Zmodyfikowana bakteria została również wyposażona w gen odpowiadający za produkcję nukleazy o nazwie DNaza I. Ten enzym w skuteczny sposób jest w stanie przebić się przez ochronny biofilm, którym otaczają się kolonie bakterii P. aeruginosa.

Singapurskie E. coli odnajdują komórki P. aeruginosa za pośrednictwem cząsteczek, które uwalniają one w trakcie procesu zwanego quorum sensing, podczas którego patogeny oceniają gęstość swojej populacji. Obecność tych cząsteczek w otoczeniu bakterii E. coli aktywuje niszczycielski arsenał. Dodatkowo, bakterie są zaprogramowane w taki sposób, aby poruszać się w kierunku wyższego stężenia wykrywanych cząsteczek (ten proces nazywany jest chemotaksją).

Testy na modelu zwierzęcym

Prof. Chang sprawdzał skuteczność swoich bakterii na myszach zakażonych P. aeruginosa. Kilka godzin po wprowadzeniu ich do organizmu chorych myszy, pobrane zostały próbki kału gryzoni. Na podstawie analizy jego składu, stwierdzono, że po podaniu zmodyfikowanych bakterii znacznie zmalała populacja patogenów w stosunku do grupy kontrolnej. Nie zaobserwowano również żadnych negatywnych skutków ubocznych. Wyniki określane są przez autorów badania jako obiecujące.

Lepsze od kuracji antybiotykowej?

Większość konwencjonalnych kuracji antybiotykowych zabija bakterie na oślep. Znaczy to, że oprócz niepożądanych patogenów giną również przedstawiciele pozytywnej mikroflory obecnej w ludzkim organizmie. Bakterie stworzone przez singapurskich naukowców mają zatem przewagę nad tradycyjną terapią, ponieważ dzięki ich precyzyjnemu systemowi identyfikacji zagrożenia, nie są niebezpieczne dla innych mikroorganizmów.

Naukowcy myślą już o dalszych badaniach i widzą zastosowanie ich bakterii w terapii ludzi. Należy jednak wcześniej wykazać, że są one nie tylko skuteczne, ale i bezpieczne. Z pewnością ewentualnej komercjalizacji nie ułatwi również fakt, że są to organizmy modyfikowane genetycznie. Obecnie prowadzone są prace nad poprawieniem zdolności niszczenia dojrzałych biofilmów przez E. coli.