Nepřirozená bakterie s toxickým genomem  
Genetické informace všech živých buněk je uložena v DNA. Jde o sled čtyř bází - adeninu, guaninu, cytosinu a tyminu. Mezinárodnímu týmu vědců se nyní podařilo vytvořit bakterii, která ve své DNA využívá syntetický jed. Kód jejího života obsahuje místo tyminu 5-chlorouracil.

 

Escherichia coli, věrný spolubydlící našich konečníků a oblíbený genetický model s typicky tyčinkovitým tvarem těla. (Kredit: Philippe Marlière a kol., Freie Universität Berlin)

Projekt, který koordinuje Rupert Mutzel z berlínského Institutu Biologie a Philippe Marlière z americké společnosti Heurisko spolu s vědci z francouzského CEA a Katolické univerzity v belgické Lovani týrali bakterie tak dlouho, až z toho byla publikace v prestižním časopisu chemiků Angewandte Chemie.

5-chlorouracil nebo také 5-Chloro-2,4-dihydroxypyrimidine (C4H3Cl1N2O2) figuruje v EU i Spojených státech na seznamu nebezpečných látek jako mutagen.

V podstatě šlo o kultivaci velkého množství obyčejných Escherichií, kterých máme v kalhotách všichni dost a kvůli kterým si myjeme po záchodě ruce. Aby jim kolonie těchto bakterií rostly i mimo jejich domácké prostředí tlustého střeva, kde nám prospívají tvorbou vitamínu K2, podstrojovali jim na Petriho miskách sladkostmi. Páni v bílých pláštích ale ukázali bakteriím i svou méně přívětivou tvář. Ke svým objektům studia se zachovali jako Maryša k Vávrovi - do kultivačního agarového moku jim kromě cukru přisypávali 5-chlorouracil, což je substance, která si svou toxicitou s otrušíkem nezadá. Týrání bakterií nebralo konce. Sotva se chudery živořící na hranici života a smrti jen trošku zmátožily, s jedem jim přitvrdili.
Při posuzování těchto kruťáren je dobré mít na paměti, že Escherichie nám nezůstávají nic dlužny. Občas si vypůčí od svých blízkých příbuzných shigell úseky DNA odpovědné za nepřátelské chování a pak nám vše vrací i s úroky - viz kauza „španělských okurek“. Každý prostředek, který nám pomůže pronikat do tajů jejich genomu je proto předem ospraveditelný. 


Termín systematické travičství se ve vědecké hantýrce moc nenosí a tak ve zveřejněné publikaci se korektně dočteme jen o setrvalém selekčním tlaku vyvolaném záměnou tyminu za syntetický uracil. Zhruba tisící generace takto „tlačených“ mikrobů se už na jed přestala tvářit tak otráveně a ze syntetické substance si udělala náhradu za tymin, který přestala zcela používat. Vědátoři rychle zapomněli na matku přírodu a píší „Vytvořili jsme...“. Ale ať už byla míra zásluh jakákoliv, faktem je, že vzniklo něco, co na Zemi dosud nebylo.

 

Zvětšit obrázek
Tymin a 5-chlorouracil a jejich vazba prostřednictvím vodíkových můstků na molekulu adeninu - vpravo. (Kredit: Philippe Marlière a kol., Freie Universität Berlin)

Přesně stejnou větu  jsme ale již na Oslu měli. Bylo to u počinu velké postavy syntetické biologie Craiga Ventera. U jeho mykoplazmy také mělo jít o organismus se syntetickou DNA. Jak to tedy vlastně je? Jím vytvořený bakteriální „umělý“ život ve skutečnosti v sobě nic „umělého“ nemá. Všechny stavební prvky jeho bakteriálního genomu jsou shodné s těmi, co používá příroda. V případě Marlièreova týmu a jejich bakterie jde o organismus, který si udělal stavební jednotku z vysoce toxické substance. A nejde jen o „nějakou“ nepodstatnou stavební cihličku, ale o záměnu základního prvku DNA molekuly. Nynější změna se týká samotného kódu života. Lze hovořit o toxickém, geneticky modifikovaném organismu. Nyní vědci začnou zkoumat, kde všude u této zrůdy muselo dojít k mutacím, aby "jedová bakterie" zůstala životaschopná. A k čemu by nám mohla být užitečná.

 

Venterova slavná první bakterie s umělým genomem nemá má ve skutečnosti ve svém genomu nic uměle nepřirozeného.

Počin vytvoření nové životné formy s částí syntetického nepřirozeného genetického kódu jistě uvítají xenobiologové, jimž je syntetická biologie a umělý život koníčkem a náplní práce. Odpůrci GMO na horkou novinku ještě nestačili reagovat, ale jejich strašení, že by „to“ mohlo z laboratoře utéci jistě přijde. Jenže chudák bakterie, kdyby se jí to nedej Bože náhodou nějak poštěstilo, tolik jedu nikde v přírodě nesežene. A kdyby přece jen našla dobrodince, který by jí chtěl udržet venku při životě, musel by jí nahradit nově „zaběhaný“ 5-chlorouracil normálním tyminem, takže by z ní zpátky udělal zase jen obyčejnou bakterii. A když si uvědomíme, že každé takové experimentování přece jen něco stojí - kromě financí zanechává šrámy na DNA v podobě mutací, je vlastně štěstí, že bakterie nemá mozek. Muselo by jí přijít líto, že po všem tom utrpení je z ní jen „kanárek v kleci“, který už nemá v přírodě šanci. Je z ní jen modelový organismus s hodně poničenou DNA, který je pouhým dokladem toho, co všechno evoluce dovede a který nám při troše štěstí může být užitečný i k něčemu dalšímu. Například tím, že tak trochu vrací do hry nedávno zpochybněný případ astrobioložky z NASA a jejích extremofilů z jezera Mono. V  případu mikrobů kmene GFAJ-1 mělo jít o DNA v níž stavebním prvkem místo fosforu jsou atomy jedovatého arzénu. K rehabilitaci zřejmě v tomto případě nedojde, ale pokus s jedovatým uracilem naznačuje, že v oblasti genomů na bázi nepřirozených sloučenin se můžeme dočkat velkých překvapení.


 

Zvětšit obrázek
Jakmile bakterie ve své DNA zahájila záměnu tymidinu za jedovaný uracil, její tělo se nezvykle protáhlo. Postupně se i s touto lapálií vypořádala a navzdory nepřirozené stavbě své DNA tvořené z části syntetickým jedem, se postupně exterierem vrátila do “normálu”. (Kredit: Philippe Marlière a kol., Freie Universität Berlin)

Bude zajímavé zjistit kdy a jak začne docházet k záměně tyminu a uracilu na úrovni výstavby molekuly DNA a kdy se jedná jen druhotnou záležitost "látání" děr vzniklých při replikaci a rekombinaci. Zcela určitě se příběh jedovatého genomu dočká brzo také nějakého ztvárnění ve scifi branži. Hlavně proto, že jen málo kdo si přečte práci německo-americko-francouzko-belgického kolektivu v těžko dostupném chemickém časopisu celou a až do konce. Málokdo také bude vyhledávat vzorec 5-chlorouracilu, není na něj hezký pohled - zbavuje pocitu euforie, že jsme poznali něco výjimečného. Když se na molekulu tyminu dobře podíváme a srovnáme ji s 5-chlorouracilem, zjistíme jen nepatrnou odchylku. Vzhledem k podobnosti obou struktur není tak nepřirozené, že si s jejich záměnou příroda poradila. Je to tím, že evoluční opraváři pracují tak trochu jako automechanici. Ti také nemají vždy po ruce všechny originální součástky a občas musí improvizovat. Někoho možná zklame, jak je nakonec vše jednoduché až banální, jiné zase lehkost s jakou příroda průšvihy dokáže zalátat, nadchne. Ale takový už je život.


Pramen: Philippe Marlière, Julien Patrouix, Volker Döring, Piet Herdewijn, Sabine Tricot, Stéphane Cruveiller, Madeleine Bouzon, Rupert Mutzel. Angewandte Chemie Mezinárodní Edition, 2011, DOI: 10.1002/anie.201100535

Datum: 01.07.2011 13:42
Tisk článku

BŮH SKRYTÝ V GENOMU - Novotný František
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 178 Kč
cena: 158 Kč
BŮH SKRYTÝ V GENOMU
Novotný František

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace