Istraživači iz Vageningena otkrili su molekularni mehanizam samouništenja u bakteriji koja živi na morskim algama. Ovim mehanizmom bakterije se žrtvuju kada su zaražene, štiteći tako svoju braću i sestre od infekcija. Reprogramiranjem ovog mehanizma, istraživači imaju za cilj da ga iskoriste u dijagnostičkim (samo)testovima. Studija je objavljena u časopisu Nauka.
Mehanizam samouništenja pripada bakterijskom imunološkom sistemu poznatom kao CRISPR-Cas, koji istraživači naširoko proučavaju više od jedne decenije. Ovaj odbrambeni sistem je prisutan u otprilike polovini svih bakterija i postoji u različitim oblicima.
Novootkriveni sistem pokreće samouništenje kada otkrije virus koji napada. Normalno, takav virus bi iskoristio bakteriju kao proizvodnu fabriku za umnožavanje. Žrtvovanjem sebe, bakterija sprečava izbijanje. „Uvek smo sumnjali da bi bakterije mogle da se žrtvuju korišćenjem ovog sistema, ali sada imamo dokaz“, kaže Rejmond Staals, vanredni profesor mikrobiologije.
Kada virus ubrizga svoj genetski materijal u bakteriju, imuni sistem oglašava alarm. „Ovaj određeni imuni sistem okeanske bakterije razlikuje DNK ili RNK virusa od sopstvenog genetskog materijala“, objašnjava Staals.
Kada je Staals prvi put proučavao ovaj mehanizam pre 13 godina, otkrio je da ovaj CRISPR-Cas sistem seče RNK. Delovalo je nelogično pošto virusi neprestano proizvode novu RNK. „Kakav neefikasan sistem, pomislio sam tada“, kaže Staals. „To mi nikada nije dobro pristajalo.“
Sada se ispostavilo da su RNK makaze samo jedan mali korak u većem imunološkom sistemu. Na kraju, imuni sistem aktivira enzime koji nekontrolisano uništavaju esencijalne biomolekule — RNK, DNK i proteine, ubijajući bakteriju iznutra ka spolja.
„Ono što čini ceo ovaj sistem tako fascinantnim su ugrađeni kontrolni punktovi“, kaže Staals. „Ovo sprečava bakteriju da ‘slučajno’ pritisne to dugme za samouništenje.“ Trik leži u molekularnom domino efektu sa povratnim petljama koje regulišu proces. Domine počinju da padaju kada bakterija otkrije napadača. Zatim proizvodi signalne molekule koji aktiviraju druge proteine. Ovi proteini, zauzvrat, uključuju „velikog razarača“.
Tokom ovog procesa, ćelija takođe kontinuirano razlaže molekule koje proizvodi, čime se narušava domino efekat. Proces samouništenja se odvija samo ako bakterija kontinuirano prepoznaje stranu RNK ili DNK. Ovo sprečava samouništenje bakterije usled lažnog alarma. „To je bizarna lančana reakcija, slična onoj kod programirane ćelijske smrti (apoptoze) kod ljudi, ali jednostavnija“, kaže Staals.
Preciznost ovog novootkrivenog CRISPR-Cas sistema čini ga idealnim za razvoj dijagnostičkih testova za bolesti. U saradnji sa TNO i Staalsovom spin-off kompanijom, Scope Biosciences, istraživači iz Vageningena će raditi na razvoju dijagnostičkih testova u narednim godinama.
Njihov cilj je da kreiraju testove koji mogu istovremeno da otkriju više ciljeva, kao što su bolesti, i koji se lako tumače. A Ph.D. kandidat će preuzeti taj projekat počevši od marta. Staals očekuje da će imati prvi dijagnostički test do 2025. godine.
