Bacillus subtilis, czyli laseczka sienna, jest jedną z najlepiej scharakteryzowanych bakterii Gram-dodatnich służących w biologii molekularnej. Jest to gatunek środowiskowy, występujący także w przewodzie pokarmowym człowieka, gdzie bywa stosowany jako składnik probiotyków. Bakteria ta posiada całkowicie zsekwencjonowany genom oraz jest naturalnie kompetentna, co oznacza zdolność do przyjmowania obcego materiału genetycznego na drodze transformacji. Łatwość manipulacji genetycznych sprawia, że jesteśmy w stanie wykorzystać ją do produkcji różnego typu białek pochodzących z innych organizmów. Dodatkową cechą B. subtilis jest zdolność do tworzenia przetrwalników, co jest fizjologicznym procesem uruchamianym w odpowiedzi na niekorzystne warunki środowiskowe. Przetrwalniki te są najtrwalszymi strukturami komórkowymi wytwarzanymi przez żywe organizmy na Ziemi. Są w stanie przetrwać działanie wysokich temperatur, ekstremalnych ciśnień, próżni kosmicznej, promieniowania UV, a potencjalnie nawet upadek meteorytu.

Drużyna polsko-włoska

W Zakładzie Bakteriologii Molekularnej Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii UG i GUMed od kilku lat trwają badania nad wykorzystaniem przetrwalników B. subtilis jako nośników antygenów takich patogenów człowieka jak Helicobacter pylori czy Clostridium difficile. Zespół od 10 lat współpracuje z prof. Ezio Ricca z Katedry Biologii Uniwersytetu Fryderyka II w Neapolu, będącym jednym ze światowych liderów wykorzystania przetrwalników B. subtilis jako nośników (m. in. toksyny tężca oraz białek rotawirusowych). Włoski zespół specjalizuje się także w badaniach nad strukturą i budową zewnętrznego płaszcza przetrwalników, na którym bezpośrednio prezentowane są heterologiczne białka. Obecnie trwająca wymiana osobowa pomiędzy zespołami finansowana jest w ramach projektu MOBI4Health (7. Program Ramowy UE) służącego wzrostowi potencjału Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii UG i GUMed w branży biotechnologii molekularnej. Uniwersytet Fryderyka II to jeden z dziesięciu europejskich partnerów MWB w ramach projektu. Co przede wszystkim daje współpraca międzynarodowa? - Wiele prac badawczych nie kończy się sukcesem, którego przejawem jest artykuł w czasopismach naukowych. Dostęp do wiedzy „niepublikowalnej” jest równie ważny jak dostęp do bibliotek – odpowiada kierownik Zakładu Bakteriologii Molekularnej, prof. dr hab. Michał Obuchowski.

Zalety, zalety, zalety…

Dzięki posiadanym właściwościom przetrwalniki B. subtilis wydają się idealnym nośnikiem potencjalnych antygenów służących immunizacji. Preparaty takie są odporne na strawienie, co umożliwia doustne przyjmowanie. Taki proszek lub tabletkę należałoby po prostu połknąć, co stanowi dobrą wiadomość dla osób nielubiących zastrzyków oraz nie wymaga stworzenia warunków aseptycznych. Przetrwalniki nie wymagają specjalnych warunków przechowywania, co może mieć znaczenie w przypadku, gdy konieczne będzie ich dostarczenie do odległych miejsc, obszarów klęsk żywiołowych czy krajów trzeciego świata. Ma to znaczący wpływ na obniżenie kosztów przechowywania i transportu. W przypadku procesu produkcyjnego (hodowli) tak naprawdę bazuje się wyłącznie na fizjologicznej zdolności do przechodzenia bakterii w stan uśpienia metabolicznego, gdzie sygnałem może być zwykłe wyczerpanie składników odżywczych w pożywce hodowlanej.

Jak blisko do sukcesu?

Projekty realizowane do tej pory w ZBM pozwoliły na stworzenie systemu wektorów umożliwiających szybkie i proste tworzenie białek fuzyjnych do prezentacji powierzchniowej (Tavassoli 2013; Hinc 2013; Negri 2013; Iwanicki 2014; Hinc 2014). Pierwszy patent krajowy dotyczący zastosowania przetrwalników w szczepieniu przeciwko H. pylori został przyznany w 2014 r., pozostałe są w trakcie rozpatrywania. Pasmo sukcesów nie jest niestety wolne od napotykanych trudności. Pierwsze prace z opisanej tematyki pojawiły się pod koniec lat 90. ubiegłego wieku. Pomysł nie jest więc nowy, co stanowi wyzwanie w świetle wszechobecnego wymogu innowacyjności.

- Obecnie staramy się pozyskać środki na kontynuację tej ścieżki badawczej – mówi  dr hab. Michał Obuchowski. - Można to porównać do alpinizmu: liczba gór na Ziemi jest ograniczona, a jednak ciągle mamy doniesienia o wejściu nową drogą lub w innych warunkach i jest to postrzegane jako nowość. Podobnie jest z tą metodologią. Każde białko ma swoje unikalne właściwości i stawia inne wyzwania przed badaczem pragnącym je wyeksponować na powierzchni przetrwalników.

Kolejnym problemem są trudności legislacyjne, ponieważ bakterie wytwarzające przetrwalniki prezentujące antygeny są, w myśl obowiązujących przepisów, organizmami zmodyfikowanymi genetycznie. Prof. Obuchowski jest jednak dobrej myśli: - Atmosfera obaw dotycząca GMO przypomina sytuację, która miała miejsce podczas wprowadzania kolei żelaznej. Wtedy to również znalazły się sławy świata nauki, które twierdziły, że samo patrzenie na szybko jadący pociąg grozi zapaleniem spojówek. Z czasem społeczeństwa zaakceptowały istnienie kolei i tak też będzie z organizmami GMO, jednak nikt nam nie zwróci czasu straconego przez nieżyciowe przepisy.