Cywilizacja

Jak bakterie z wirusami wojują

Od odkrycia mechanizmu CRISPR/Cas9 nie minęło 10 lat, a już doczekaliśmy się rozlicznych jego zastosowań. Od stworzenia transgenicznych świń, pozbawionych potencjalnie groźnych dla ludzi retrowirusów, czyli w przyszłości dających się bezpiecznie wykorzystać do transplantacji organów dla ludzi. Po chińskie dziewczynki Lulu i Nanę, które są pierwszymi (i oficjalnie ostatnimi) ludźmi na naszej planecie z tak zmienionym genomem, że nie są wrażliwe na zakażenie wirusem HIV i potencjalnie przewyższają rówieśników inteligencją.

„Każdy ma jakiegoś szczura, którego się boi” – napisał Orwell w „Roku 1984”. I jest to niezwykle proste opisanie owej głębokiej prawdy ewolucji, że walka o byt to w wielkiej swej części nieustająca wojna wszystkich organizmów pod słońcem przeciwko patogenom – czyli chorobotwórczym „dziadostwom” rozmaitej natury. Każdy ziemski organizm ma co najmniej jednego (na ogół więcej) właśnie takich „szczurów”.

Chorobotwórcze mogą być bowiem organizmy komórkowe: bakterie, grzyby oraz np. zarodźce czy świdrowce, czyli tzw. pierwotniaki (innymi słowy jednokomórkowe organizmy wyposażone w jądro, ale często wcale ze sobą niespokrewnione, wrzucane zaś do jednego taksonomicznego worka ze względu na ową jednokomórkowość), a także robaki płaskie i obłe.

Chorobotwórcze mogą być również cząstki, w których życie się nie tli samo w sobie, a jednak, gdy zetkną się z żywymi komórkami i do nich wejdą, potrafią dokonać strasznych spustoszeń. Tu można wymienić priony (takie źródło ma np. choroba Creutzfeldta Jakoba, czyli tzw. szalonych krów) oraz tragicznie nas nękających znajomych – wirusy.


Te ostatnie są o tyle ciekawe, że mają zdolność żerowania na dosłownie każdym organizmie komórkowym, aczkolwiek mają swoją specyficzność. Wirusy ludzkie na ogół nie będą więc zakażać szczurów (aczkolwiek SARS-CoV-2 przenosi się ze zwierząt na ludzi i odwrotnie), a zwierzęce – roślin, zaś wirusy bakteryjne w ogóle niczego nie zaatakują poza bakteriami.

Wojny w mikroświecie

Pisałam już o tym, jak to wirusy bakteryjne – fagami zwane – walczą z chorobotwórczymi bakteriami. Z czego medycyna współczesna, przyciśnięta do muru coraz powszechniejszą opornością bakterii na antybiotyki, korzysta z coraz mniejszą nieśmiałością. Nie jest jednak tak, że bakterie stoją wobec tego nieme i bezbronne. Gdyby bowiem fagi były w stanie bezkarnie zabijać bakterie, to … bakterie zniknęłyby z naszej planety, a tuż za nimi zniknęłyby fagi. Otóż żaden wirus – czyli nieożywiona cząsteczka zakaźna – nie jest w stanie przetrwać zaniku komórek żywych, w których żeruje. A dla wirusów, w tym fagów, komórka żywa ofiary jest niezbędna, aby wirus mógł się namnożyć. Nie ma żywiciela, to i pasożyt idzie do piachu. W tym wypadku dosłownie i szybko.

W uścisku między żywicielem, będącym w omawianym przypadku bakterią, a pasożytującym na niej informacyjnie i metabolicznie wirusem, ewolucja faworyzuje, czy lepiej powiedzieć – selekcjonuje rozwiązania pozwalające przeżyć obu partnerom w stanie względnej równowagi. Zatem wirusy wyposaża w coraz doskonalsze czynniki zjadliwości przeciwbakteryjnej, zaś bakteria pieczołowicie gromadzi i kształtuje w sobie autentyczny, wieloskładnikowy układ odporności antyfagowej.

Fagowa szczepionka numer 1 i pierwszy Nobel

Rzecz jest nie mniej skomplikowana ideowo – moim skromnym zdaniem bakteriologa, kochającego obiekt swych wieloletnich dociekań – od układu immunologicznego ssaków. Mianowicie bakteria może, w wyniku swoistego kontraktu na życie z pasożytem, być odporna na wszelkie podobne do niego dziadostwa.
Amerykański naukowiec Joshua Lederberg w Sztokholmskiej Sali Koncertowej – odbiera Nagrodę Nobla w dziedzinie medycynym za pracę nad genetyką bakterii, 10 grudnia 1958 roku. Fot. Keystone / Hulton Archive / Getty Images
Sytuacja takiej bakterii przypomina PRL: skoro, jak wtedy, w Polsce Ludowej stacjonuje Armia Czerwona, to jest jasne, że wschodni Niemcy z DDR (dla młodego pokolenia: Niemiecka Republika Demokratyczna, czyli socjalistyczna NRD) nas nie zaatakują, nieprawdaż? Zatem konkretny rodzaj faga (a liczne są ich rodzaje) wchodzi do komórki konkretnej bakterii i zamiast być natychmiastowym szybkim zabójcą, podejmuje inną strategię: włącza się w genom bakterii i sobie tam siedzi, w stanie tzw. lizogenii. Gdy on tam siedzi niczym basza, żaden inny fag wystarczająco podobny do niego nie da rady wejść do środka. Działa to – dosłownie – jak szczepionka.

Jeśli jednak bakteria zacznie żyć w warunkach dla jej bytu zgubnych (np. natrafi na silne źródła promieniowania jonizującego czy UV, czy dotknie ją głód), fag nie będzie w niej dalej siedział – no już taki głupi nie jest. Podejmie molekularną decyzję o natychmiastowym wycięciu się z genomu bakteryjnego i tak gwałtownym, jak się tylko da, namnożeniu i wywaleniu wszystkich swych cząstek potomnych z komórki bakteryjnej. Tego komórka owa nie przeżywa. Cząsteczka faga nie ma zaś zbyt wielu szans, żeby znaleźć w okolicy ofiarę wrażliwą na jego względy, bo całe potomstwo tej pierwszej zaatakowanej przez niego bakterii też miało w swym genomie ów kawałek będący DNA wirusa. Ergo – wszystkie dookolne baterie raczej też się rozpadły.

Obserwacja tego procesu nie jest dla ludzkości bezowocna. Przyniosła w 1958 roku aż Nagrodę Nobla z Fizjologii i Medycyny dla amerykańskiego mikrobiologa Joshuy Lederberga za „odkrycie mechanizmów rekombinacji genetycznej u bakterii”, której konsekwencje to m. in. uodparnianie się bakterii na antybiotyki. Dzięki tym obserwacjom powstały również pierwsze mapy genetyczne chromosomów bakteryjnych – tak zaczynała się mikrobiologia molekularna i inżynieria genetyczna.

Będą zabijać 10 milionów ludzi rocznie. Odporne na leki Czerwone Królowe – superbakterie

Antybiotyk musi być cudowny jak woda z Lichenia, a skuteczny jak piorun kulisty. Nadużywając go, gotujemy sobie los dinozaurów. Niebawem zabraknie skrótów na określenie dziadostwa, które możemy „złapać”, a którego nie będzie czym zabić.

zobacz więcej
A było to tak: gdy fag włącza się w genom bakterii, robi to w miejscu nie całkiem, ale jednak trochę przypadkowym. Gdy zatem w sytuacji „Pożar! Pożar! ratuj się kto może!” wychodzi z komórki bakteryjnej, może zapakować do swoich małych kapsydów nie tylko cząstki potomne wirusa, ale i porwane DNA bakterii z okolicy wcześniejszego swego zagnieżdżenia. Staje się w efekcie molekularnym nośnikiem – rodzajem walizeczki transportującej bakteryjny DNA o różnej sekwencji – do kolejnej atakowanej przez siebie komórki bakteryjnej. W ten sposób jakiś konkretny bakteryjny gen, warunkujący jakąś bakteryjną cechę przedostaje się – za pomocą wirusa – z jednej bakterii do drugiej. Zjawisko to nosi nazwę transdukcji i m. in. za jego odkrycie w roku 1951, we współpracy z Nortonem Zinderem, Lederberg odebrał swego Nobla w roku 1958.

Zaś jego pierwsza żona Estera odkryła faga Lambda. To chyba najsłynniejszy, najbardziej modelowy fag na świecie. Taki Jan Kowalski wirusologii. Tym zatem fagiem przeprowadzano pierwsze eksperymenty inżynierii genetycznej, choć już wcześniej odkryto plazmidy – czyli koliste, małe, autonomiczne kawałki DNA, również zdolne włączać się czasami do genomu bakterii, a przemieszczające się między bakteriami często na drodze koniugacji (zjawiska również odkrytego przez Lederberga i istotnego w kontekście owej nagrody Nobla z roku 1958).

Tak to fagi i walczące z nimi bakterie dostały swojego pierwszego Nobla, a bioinżynieria – pierwsze swoje narzędzia do pracy.

Molekularne „nożyce krawieckie” i drugi Nobel

Odporność (zwana po angielsku immunity) bakterii na wirusy, obok lizogenii faga ma kilka innych mechanizmów, do czego zaraz powrócę. Uczciwość kronikarska wymaga tu jednak zwrócenia się ku kolejnemu Noblowi za wojny bakterii z fagami i wspaniałe, naturalne, konstruowane na ich potrzeby narzędzia, wykorzystywane później do zabawy z genami w laboratoriach.
Mikrobiolog Werner Arber w swoim laboratorium w 1996 roku. Fot. Blick/RDB/ullstein bild via Getty Images
A został ów Nobel przyznany w roku 1978, gdy w dziedzinach Fizjologii i Medycyny nagrodzono Wernera Arbera, Daniela Nathansa i Hamiltona O. Smitha „za odkrycie enzymów restrykcyjnych i ich zastosowań do rozwiązywania problemów genetyki molekularnej”. Jako odkrywca jednego enzymu restrykcyjnego (dokonałam tego w ramach swojej pracy magisterskiej) z niezidentyfikowanej bakterii przywiezionej z Antarktyki przez prof. Stanisława Rakusę-Suszczewskiego, postaram się opowiedzieć prosto, o co chodzi i dlaczego tym razem nazwiemy to opornością, a nie odpornością.

Materiałem genetycznym bakterii, podobnie jak zasadniczo wszystkich atakujących je wirusów, jest DNA. DNA zaś to ciąg cegiełek, zwanych nukleotydami, połączonych jedna z drugą, ta zaś z kolejną specyficznym wiązaniem chemicznym. Istnieją zatem enzymy, zwane DNA-zami, zdolne rozbijać to wiązanie, a w konsekwencji rozcinać nić DNA na mniejsze fragmenty, niczym nożyczki. Są takie DNA-zy, które tną gdzie popadnie. Brutalne, prymitywne niszczarki. Są jednak i wysublimowane „nożyce krawieckie”, rozpoznające konkretne sekwencje DNA. Pamiętajmy bowiem, że te cegiełki, z których zbudowany jest DNA, są w czterech podstawowych rodzajach, oznaczanych A, G, T, C – a zatem da się je ułożyć w ciąg. W ciągu zaś powstają charakterystyczne układy owych literek.

Gdy mają one naturę nawet niedługiego palindromu (np. sekwencja liter: kobyła ma mały bok), wtedy te specyficzne „nożyce krawieckie” wchodzą i tną tylko w jego obrębie. Czyli, gdy ma miejsce sytuacja, że fag wstrzykuje swój materiał genetyczny do komórki bakteryjnej, to pojawia się enzym restrykcyjny owej bakterii i tnie go na kawałki, rozpoznając w nim właściwe dla siebie niedługie sekwencje palindromiczne. W ten sposób fag przestaje istnieć – zostaje zneutralizowany na wejściu. Na przykład enzym restrykcyjny najpopularniejszej modelowej bakterii na świecie, pałeczki okrężnicy zwanej od pierwszych liter jej nazwy łacińskiej EcoRI, rozpoznaje i przecina (tak jak zaznacza czarny trójkącik) sekwencję palindromowi: 5'-G▼AATTC-3' (nić komplementarna w zapisie odwróconym to 3'-CTTAA▲G-5').

Wirusy, które nas leczą

Uratowały dziewczynkę po przeszczepie płuc, zakażoną prątkiem opornym na antybiotyki. Polska jest liderem w terapii wirusami.

zobacz więcej
Jak to się dzieje, że owe enzymy restrykcyjne nie rżną DNA bakterii? Ano, są one częścią systemu obronnego, a nie samotnymi gniewnymi jeźdźcami antyfagowej apokalipsy. W obrębie systemu zaś istnieją enzymy zwane metylazami, które modyfikują DNA własny bakterii w tych miejscach, które rozpoznawałaby jej restryktaza. Zatem: DNA bakterii każdorazowo po powieleniu zostaje zabezpieczone przez metylazę przed agresją ze strony własnych bakteryjnych restryktaz. Oznacza to również, że jeśli jakiś sprytny fag wstrzyknie swój DNA do komórki bakteryjnej właśnie wtedy, gdy ona zabiera się za metylowanie własnego DNA, to też będzie zmetylowany, a zatem zabezpieczony – odporny na działanie restryktaz. Restryktazy działają więc niczym leki przeciwwirusowe, nie zaś mechanizmy immunologiczne. Są niespecyficzne co do typu faga – tną w określonej sekwencji DNA wszystko, co podleci, a nie jest zmetylowane.

Jeśli zaś tak, to były, są i będą jeszcze długo idealnym narzędziem biologii molekularnej służącym klonowaniu genów. W najprostszym eksperymentalnym przypadku (a wariacji tegoż są tysiące) potrzebny nam gen trzeba wyciąć z genomu stosownego organizmu konkretnym enzymem restrykcyjnym. A następnie wkleić w wektor (np. wspomniany wyżej plazmid) też wcześniej w stosownym miejscu przecięty tym samym enzymem. Bo powstające końce będą do siebie idealnie przystawały.

Potem trzeba powstające wtedy często tzw. lepkie końce obu kawałków DNA skleić ze sobą jeszcze innym enzymem – ligazą – a to wszystko w probówce. Et voila! Mamy w ręku wklonowany kawałek DNA dowolnego organizmu, np. człowieka, w plazmid bakterii. I dalej możemy go do owej bakterii wprowadzić (to się nazywa transformacja) i tam on sobie będzie żył-był. Do czasów wynalezienia PCR, to była niemal jedyna i najbardziej skuteczna metoda klonowania genów i tworzenia tzw. banków genów.

Nożyczki chirurgiczne pod nazwą CRISPR/Cas9 i trzeci Nobel

Nasza kronika wojen bakterii z fagami dobiega zatem czasów jak najbardziej współczesnych – tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie chemii dla Emmanuelle Charpentier i Jennifer A. Doudna za „opracowanie metody edycji genów”. Jak za każdym razem, gdy chodzi o arsenał w wojnach fagowo-bakteryjnych, Nobel przyszedł szybko po odkryciach – nie odleżały się one nawet dekady.
Nagrodę Nobla w 2020 w dziedzinie chemii zdobyły Emmanuelle Charpentier (po lewej) i Jennifer Doudna, za odkrycie rewolucyjnej techniki edycji genomu. Na zdjęciu panie dyrektor Max Planck Unit for the Science of Pathogens w Berlinie oraz profesorka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley podczas udzielania wywiadu w Tokio, w kwietniu 2017 roku. Fot. Kyodo News via Getty Images
Oczywiście de facto obie panie i ich zespoły niczego nie opracowały – one to raczej znalazły w bakteriach i opisały, słusznie, jako metodę walki bakterii z fagami. Zauważając jednocześnie GIGANTYCZNY potencjał tego naturalnego bakteryjnego mechanizmu obrony antyfagowej, zwanego CRISPR/Cas9, dla biologii molekularnej i inżynierii genetycznej oraz biotechnologii, czy wreszcie medycyny. Śpieszę wyjaśnić, jak to działa jako bakteryjny układ adaptacyjnej odporności, czyli coś, co u nas robi pamięć immunologiczna oparta o limfocyty B i ich przeciwciała oraz limfocyty T.

I znów – fag wprowadza swój DNA do komórki bakteryjnej (w przypadku badań nagrodzonych Noblem bakterią jest paciorkowiec ropotwórczy Streptococcus pyogenes, ale praktycznie każda do tej pory przebadana bakteria ma system CRISPR/Cas). Tamże ten materiał genetyczny jest, jak już było opisane wyżej, rozpoznawany jako obcy i cięty na kawałki. Jak się jednak okazuje – nie tylko. Siła złego na jednego biednego faga!

Dodatkowo bowiem ów kawałek wirusowego DNA jest porównywany z kawałkami wirusów poprzednio spotkanych przez ową bakterię (oraz jej przodków, bo wiadomo – bakteria powstaje przez podział swojej matki na dwie komórki potomne). Jeśli ów kawałek DNA jest „nowy” w tym gronie, zostaje wstawiony do DNA bakterii tuż obok poprzedników. Trochę to przypomina tablicę ogłoszeń ze sklepu „Społem” w komedii Stanisława Barei „Co mi zrobisz, jak mnie złapiesz”, gdzie wieszano w rządku przymusem wykonane zdjęcia konkretnych osób, a pod nimi po oczach bił napis: „Tych klientów już nie obsługujemy!”.

Następnie owa DNA-tablica ogłoszeń o zwycięskich potyczkach z wirusami (to ona się właśnie nazywa CRISPR) jest przepisywana na RNA, ten zaś cięty na kawałeczki odpowiadające „sygnaturze” pojedynczego faga. Bakteria ma dodatkowo białko zwane Cas9, które umie rozcinać DNA, ale tylko przy spełnieniu konkretnego warunku: o ile ono umie się specyficznie połączyć z ową pojedynczą „sygnaturą”. A umie się z nią połączyć TYLKO wtedy, gdy jest to DNA wirusa, z którym bakteria już wcześniej „miała okoliczność”. Cas9 tnie na sieczkę ów obcy DNA z równą łatwością, z jaką grany przez Janusza Gajosa kierownik osiedlowego „Społem” wyrzucał za drzwi niepokornych klientów.

Szczepionka na koronawirusa. 5 firm czeka na rejestrację

Polska stała się idealnym miejscem do badań klinicznych szczepionki – takiej szansy na zakażenie jak u nas nie ma nigdzie indziej.

zobacz więcej
Doktoranci obu dzisiejszych noblistek – pan dr Krzysztof Chyliński, który od roku 2008 robił swój doktorat na Uniwersytecie Wiedeńskim pod kierunkiem Emmanuelle Charpentier i Renée Schroedera, oraz Słowak Martin Jinek, dziś z Uniwersytetu w Zurychu, a wtedy młody naukowiec w laboratorium Jennifer A. Doudnej – wielokrotnie wieczorami rozmawiali po polsku przez Skype’a, dzieląc się spostrzeżeniami dotyczącymi działania tego zachwycającego układu immunologicznego bakterii. Zachwyceni jego elementami białkowymi i nukleinowymi, umożliwiającymi tak specyficzne niszczenie i zapamiętywanie wrogów.

Wpadli też wtedy na pomysł, że przecież taki system można próbować wykorzystać w inżynierii genetycznej. Bo jest nieduży i z wszelkim prawdopodobieństwem będzie działał w jakichkolwiek, nie tylko bakteryjnych komórkach. Wystarczy komórkom wszelkim dostarczyć owego Cas9 oraz konkretnej sekwencji „sygnatury” – to byłby w tym wypadku fragment dowolnego genu, który chcemy specyficznie naciąć w formie jednoniciowej, jak najbardziej podobnej do RNA. Tegoroczna Nagroda Nobla z Chemii jest zatem – jak by to ujął chemik, a nie biolog – za stworzenie programowalnego, w pełni enzymatycznego systemu modyfikacji sekwencji DNA. Biolog mówi, że za wydajną, prostą i elegancką metodę edycji genów.

Jak wspomniałam – od ostatecznego odkrycia mechanizmu CRISPR/Cas9 nie minęło 10 lat, a już doczekaliśmy się rozlicznych jego zastosowań. Od stworzenia transgenicznych świń pozbawionych w genomie wszelkich, potencjalnie groźnych dla ludzi retrowirusów (czyli po dalszych modyfikacjach – dających się bezpiecznie wykorzystać do transplantacji organów dla ludzi), po chińskie dziewczynki Lulu i Nanę, które są pierwszymi (i oficjalnie ostatnimi) ludźmi na naszej planecie z wyedytowanym zarodkowo genomem, tak że nie są wrażliwe na zakażenie wirusem HIV, a nawet potencjalnie przewyższają swych rówieśników inteligencją.
„Nożyczki do genów”. Źródła: nobelprize.org, Reuters, Nature, Massachusetts Instytute of Technology. Grafika: Reuters/PAP
Metoda CRISPR/Cas (o różnych numerach, bo te systemy poklonowano z różnych bakterii) ma także zastosowanie w diagnostyce medycznej – są nawet opracowane bardzo szybkie i dokładne metody diagnozy COVID-19 oparte o tę technikę.

Retron, czyli kamikadze w oczekiwaniu na Nobla

Takie są wszystkie mechanizmy wojen bakteryjno-fagowych: wydajne, proste i eleganckie. Oczywiście nadal działa matka ewolucja i żaden fag doszczętnie nie wyginął od tego, że bakterie się przed nim bronią. Myślicie, że to koniec tej historii? Ależ! Powiem wam drodzy państwo, nie całkiem w sekrecie, za co będzie być może niedługo Nobel medyczny lub chemiczny.

Otóż na łamach prestiżowego najbardziej ze wszystkich magazynu naukowego „Cell” ukazał się 5 listopada artykuł, pochodzący z zespołu Rotema Soreka z Zakładu Genetyki Molekularnej Instytutu Naukowego im. Weizmanna w Rehovot w Izraelu. W artykule tym możemy odnaleźć detaliczny opis działania kolejnego mechanizmu obronnego bakterii przed fagami – retronów.

Retrony znano w bakteriach od dawna – odkryto je 30 lat temu w pewnych bakteriach glebowych. Nikt nie miał pojęcia, do czego to służy ani jak działa. Podobnie było z CRISPR, tylko że tamta historia szybciej się zawinęła od odkrycia do Nobla.

Cóż to jest retron bakteryjny? To znowu pewien układ bakteryjnych genów. Tym razem zawiera gen kodujący kawałek RNA, na którego matrycy nie powstanie żadne białko (tzw. ncRNA – non coding RNA) oraz gen kodujący enzym, zwany odwrotną transkryptazą (RT – reverse transcriptase).

Co robi odwrotna transkryptaza, poza tym, że jest niezbędna do testów PCR na koronawirusa? To jest enzym (mają go z natury w swych genomach retrowirusy, np. wirus HIV) zdolny przepisywać sekwencję RNA na DNA. Czyli robić coś dokładnie odwrotnego, niż ma miejsce w komórce każdorazowo, gdy jakikolwiek gen jest aktywny. Tamże DNA jest przepisywany na RNA, RNA zaś tłumaczony na język białek. A tu ta pierwsza reakcja, dzięki specjalnemu enzymowi – właśnie RT – zachodzi odwrotnie: matrycą jest RNA, a powstaje jednoniciowy DNA.

Nominowany do Nobla Polak, którego nikt nie zna

Jego odkrycia są wykładane na każdym uniwersytecie medycznym na Ziemi. A nikt przy tej okazji nie wymienia jego nazwiska.

zobacz więcej
W retronie owa bakteryjna odwrotna transkryptaza wykorzystuje ncRNA jako swoją matrycę i na niej buduje jednoniciowy DNA – odpowiadający swą sekwencją ncRNA. Powstaje cząsteczka dwuniciowa, niczym normalny DNA, ale jedna jej nić to ncRNA, a druga – owa pojedyncza nić DNA. Aby teraz z tego zrobić broń przeciwko fagom, trzeba dołożyć jeszcze jedno białko – tzw. efektor.

Cały zaś system działa w ten sposób, że fag, ponownie zaczynając od wstrzyknięcia swego DNA i nielicznych zgromadzonych w kapsydzie białek do komórki, jest w stanie zatrzymać działanie tej komórki bakteryjnej. Uwaga: tu się zaraz będzie decydowało, czy idziemy w stronę wsadzenia swojego wirusowego DNA w genom bakterii (lizogenia), czy jednak atakujemy na rympał, mnożymy się i rozwalamy komórkę bakteryjną, by kolejnymi milionami fagowych cząstek w niej powstałych zakazić kolejne komórki bakteryjne w okolicy (liza).

Fag decydując się od razu na to drugie, zatrzymuje działanie białka bakteryjnego zwanego recBCD, a niezbędnego do lizogenii. Ta natomiast blokada jest dla bakterii sygnałem, że dzieje się coś bardzo niedobrego. Sygnał ów powstaje właśnie dzięki retronowi – to on strzeże owego białka recBCD niczym cerber piekła.

Jeśli powstanie sygnał retron-recBCD, bakteria może już zrobić tylko jedno, by zatrzymać wirusa – po prostu musi popełnić samobójstwo. To zabezpieczy pływające dokoła niej siostry przed groźnym zabójcą. Samobójstwo popełnia za pomocą białka efektora.

Kamikadze. Tylko nieco au rebours, bo jednak komórka bakteryjna jest wielka, a fag maleńki. Jednak martwa komórka bakteryjna nie jest w stanie zapewnić wirusowi replikacji. Zatem jego nagi DNA przepadnie i szczeźnie, a żadnej masowej infekcji nie będzie.

To strategia podobna, jak występująca u organizmów wielokomórkowych apoptoza („honorowe samobójstwo”), mająca czasem na celu autoeliminację komórek, które dotknęło zbyt wiele mutacji i mogłyby się stać początkiem procesu nowotworowego.
Genetyczne „kopiuj – wklej”
Profesor Sorek wykrył, że retrony mogą być ostatnią linią obrony bakterii przed fagami, gdy skonstruował specjalny algorytm przeszukujący genomy niemal 30 tys. gatunków bakterii pod kątem: „a cóż tam siedzi w okolicach znanych systemów obrony przeciwfagowej?”. Inteligentnie zauważył, że u bakterii, aby być wspólnie regulowanym elementem genetycznym, trzeba na ogół leżeć w sąsiedztwie. A skoro atak wirusów jest zjawiskiem wymagającym odpowiedzi, będzie regulował aktywność wielu genów bakterii naraz, zatem wszystkie defensywne mechanizmy będą po sąsiedzku.

Czy i ta metoda ma potencjał w inżynierii genetycznej przyszłości? Ależ oczywiście. Trzeba je tylko skombinować z CRISPR. I wymusić na bakteryjnej odwrotnej transkryptazie retronów wydajne powielanie zdjęć „klientów, których już nie obsługujemy”.

W detalach taki laboratoryjny system edycji genów już istnieje od 2018 roku, nazywa się CRISPEY i został stworzony przez badaczy z Uniwersytetu Stanforda pod kierunkiem Huntera Frasera. Gigantyczna zaś wydajność CRISPEY we wprowadzaniu bardzo licznych, konkretnych, punktowych mutacji do genomu za jednym zamachem, została wykazana na przykładzie modyfikacji komórek drożdży. Od razu nie obstawiam panów Soreka i Frasera na giełdzie noblowskiej, ale z pewnością jeszcze usłyszymy o retronach.

Jak tak spojrzeć, ile bakterie wydają na uzbrojenie defensywne oraz wywiad, to aż dziw, że mają siły i środki na cokolwiek innego, nieprawdaż? A ile my z tego mamy! Gdzie dwóch się bije… wiadomo – obyśmy my korzystali.

– Magdalena Kawaec-Segoond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy



Źródła:

https://www.sciencemag.org/news/2020/11/microbes-mystery-dna-helps-defeat-viruses-and-has-genome-editing-potential

https://www.researchgate.net/profile/Krzysztof_Chylinski

https://science.sciencemag.org/content/359/6379/eaar4120

https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(20)31306-4.pdf

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1978/summary/

https://www.rockefeller.edu/our-scientists/joshua-lederberg/2502-nobel-prize/
Zdjęcie główne: Startupy w Indiach toczą wojnę z superbakteriami – tu technik z laboratorium GangaGen Inc. w Bengaluru trzyma płytkę agarową zawierającą bakteriofag. Szybkie rozprzestrzenianie się opornych bakterii uczyniło Indie epicentrum wojny, która stawia sobie za cel walkę z zagrożeniem pandemią bakteryjną w „świecie po antybiotykach”. Fot. Samyukta Lakshmi / Bloomberg via Getty Images
Zobacz więcej
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Lew, Archanioł i odwieczny tryzub. Ukraina szuka herbu
Na obrazoburczym rysunku anioł stoi w dresach i z butelką piwa pod tarczą z napisem „Obmin waljut”.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Geniusz, demon i „Ręka Boga”, którą Diego Maradona upokorzył sam...
Czy Diego stał się ikoną właśnie przez swoją pogruchotaną, ludzką naturę? Czy jest ikoną przez to, że tyle w nim było zła, głupoty, które przenikały się z talentem?
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Ubrali nas w bezkształtne namioty. Rewolucja japońskiej gwardii
Długo przed nimi w Europie pojawiło się kimono.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Handel dziećmi, bronią i prochami. Ciemna strona sieci
Przestępcy i terroryści od dawna komunikują się via Dark Web.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Eksplozja popularności konserwatywnego Twittera
Na Parlerze konta mają dzieci Trumpa: Ivanka (dołączyła 12 listopada, obecnie 452 tys. śledzących) oraz Donald junior (104 tys.).