Gyógyszerek a baktériumainkból

A mikroorganizmusok a Föld legjobb kémikusai – nyilatkozta a New York Times-nak Michael Fischbach, aki maga is kémikus, és munkatársaival az első, humán mikrobiomból származó antibiotikum felfedezője. Tanulmányuk (A Systematic Analysis of Biosynthetic Gene Clusters in the Human Microbiome Reveals a Common Family of Antibiotics) a Cell című szaklapban jelent meg.

Természetes készítmények

Mint Carl Zimmer tudományos szakíró írja a University of California kémikusainak eredményeiről beszámoló cikkében, a penicillin felfedezése után a kutatók egzotikus helyeken is elkezdtek antibiotikumokra vadászni, így pl. 1951-ben Edmund C. Kornfield, az Eli Lilly kémikusa egy Borneóról küldött talajmintában talált rá arra a baktériumfajra, amelyik a különleges szerkezetű és igen potens vancomycint állítja elő (a főleg Gram-pozitív baktériumok ellen hatékony antibiotikum elnevezése az angol vanquish= győzelmet arat szóból származik; a szer sok, egyéb antibiotikumra rezisztens kórokozót is elpusztít).

A jövőben az új antibiotikumok utáni vadászatot kiterjeszthetjük a velünk szimbiózisban élő baktériumok által termelt anyagokra is. A tudósok a humán mikrobiom genetikai anyagát elemezve 3000, eddig ismeretlen kismolekulát azonosítottak. A remények szerint a 3000 molekula között számos olyan van, amelyeket gyógyszerként lehet majd használni. Napjainkig ezeknek a molekuláknak a megtalálása – természetes készítményeknek (natural products)nevezik őket – meglehetősen nehezen ment, hiszen a mikrobák igen kis mennyiségben termelik őket, és a kódolásukért nem egyetlen gén a felelős, hanem több tucat különböző fehérje szükséges az előállításukhoz.

Génklasztereket azonosító program

Dr. Fischbach és munkatársai ezt a keresési folyamatot akarták felgyorsítani, ezért létrehoztak egy olyan tanulni képes számítógépes programot, amelyik képes felismerni a baktériumok által előállított természetes készítményeket kódoló géneket. Ezek a gének általában egy csoportban helyezkednek el a mikroba DNS-ében (biosynthetic gene clusters, BGCs), és nagyon hasonlítanak egymáshoz. A baktériumok képesek arra, hogy különböző kombinációkba rendezzék ezeket a géneket, így óriási változatosságú anyagokat tudnak előállítani.

A betanítás során a kutatók először megismertették a szoftvert 732 olyan géncsoporttal, amelyekről már ismert volt, hogy természetes készítményekelőállításáért felelősek. Ahogy a szoftver egymás után megvizsgálta a géncsoportokat, különböző mintázatokat ismert fel bennük, majd arra is képessé vált, hogy korábban ismeretlen géncsoportokat azonosítson olyan DNS-darabokon, amelyekkel addig még nem találkozott.

Leendő győztesek

A kutatók ezután a jól képzett szoftvert az emberi testben élő mikroorganizmusok genetikai anyagával hozták össze; erre a célra a Humán Mikrobiom Projekt adatait használták (a HMP-ben 242 egészséges önkéntes 5 különböző testtájékáról vett minták bakteriális DNS-ét elemezték, és 2.340 baktériumfaj teljes genomját szekvenálták). A számítógépes program a HMP adataiban több mint 14.000 olyan géncsoportot talált, amelyek természetes anyagok előállításáért felelősek. Miután a kutatók kihagyták azokat a géncsoportokat, amelyek csak néhány ember mikrobiomjában fordultak elő, 3.118 gyakori géncsoport maradt. „A humán mikrobiom a korábban ismeretlen természetes anyagok gazdag forrása. Egyáltalán nem számítottunk rá, hogy itt fogunk ígéretes gyógyszerjelölt molekulákra bukkanni.” - magyarázta dr. Fischbach.

A kutatók egy géncsoportot alaposabban is megvizsgáltak, mivel észrevették, hogy ennek a termékei igen hasonlítanak egy közelmúltban felfedezett antibiotikum-osztály tagjaihoz (thiopeptidek), amelyek egyikének (LFF571) klinikai vizsgálatait épp most végzi a Novartis. Mint tanulmányukban írják, a thiopeptideket kódoló géncsoport a humán mikrobióta genetikai anyagában széles körűen előfordul. A kutatók ezt követően baktériumtenyészetből kivontak egy thiopeptid antibiotikumot, amelyet a hüvelyi mikrobióta egyik tagja, a Lactobacillus gasseri állít elő, és lactocillinnek nevezték el, mivel baktériumellenes hatását tesztelve kiderült, hogy az képes számos Gram-pozitív vaginális kórokozót elpusztítani. A továbbiakban transzkriptomikai elemzéssel azt is megállapították, hogy a lactocillin és egyéb thiopeptidek az emberi szervezetben is expresszálódnak.

Mivel komoly verseny folyik bennünk a mikrobák között az életben maradásért, írja Carl Zimmer, úgy tűnik, a testünk kiváló vadászterület, ha antibiotikumokat akarunk keresni. Persze nem mindegyik természetes készítményantibiotikus hatású, némelyik a baktériumok közötti kommunikációt szolgálja vagy a gazdaállat viselkedésének, gondolkodásának befolyásolása a szerepe, de azokból is válhat a jövőben gyógyszer. Ráadásul a mikrobiom természetes anyagai az ember számára nagy valószínűséggel biztonságosak, hiszen a baktériumok minden nap folyamatosan juttatják a szervezetünkbe azokat bármiféle károsító hatás nélkül.