Forskarar i Singapore har genmodifisert ein E. coli-bakterie slik at han er i stand til å drepe andre bakteriar. Dei meiner den nye teknologien kan vere eit alternativ til dagens antibiotika for å kurere bakterieinfeksjonar.
Av Audrun Utskarpen i GENialt 3/2011
Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) er ein bakterie som går til åtak på både luftvegane og fordøyingssystemet hos menneske, og er resistent mot mange typar antibiotika (sjå faktaboks) og andre bakteriedrepande middel. Infeksjonar med P. aeruginosa skjer gjerne på sjukehus, og kan vere livstrugande for folk som har dårleg immunforsvar til dømes på grunn av sjukdommar som cystisk fibrose og kreft.
Forskarar ved Nanyang tekniske universitet i Singapore har genmodifisert ein ufarleg Escherichia coli (E. coli)-bakterie for å ta knekken på P. aeruginosa. Dei har sett inn tre nye modular, såkalla biobrikkar (sjå faktaboks), med DNA i E. coli-bakterien. Dei tre modulane lagar kvart sitt protein. Eitt protein oppdagar P. aeruginosa, det andre drep bakteriane, og det tredje gjer at E. coli-bakterien sjølv går i oppløysing. I tråd med prinsippa for syntetisk biologi (sjå faktaboks) kan kvar modul skiftast ut og tilpassast for å behandle andre typar bakterieinfeksjonar.
System som oppdagar den farlege bakterien
For å få E. coli-bakterien til å produsere det bakteriedrepande proteinet berre når P. aeruginosa er i nærleiken, har forskarane utnytta signalsystemet som bakteriane bruker til å kommunisere med kvarandre. Ved å skilje ut signalprotein koordinerer bakteriar oppførselen seg i mellom etter kor god plass dei har. Etter kvart som ein bakteriekoloni veks, må bakteriane ta meir omsyn, og skil derfor ut meir protein. Når det blir mange nok signalprotein, set dei i gang ein kaskade av signal i bakteriane som gjer at visse gen blir skrudde på, medan andre blir skrudde av. Gena lagar protein som styrer blant anna korleis bakteriane veks og bevegar seg, og kva evne dei har til å gi infeksjon (virulens) og danne bakteriekoloniar (biofilm) på ei overflate.
Éin type signalprotein er AHL (acylhomoserinlakton), som er særeigne for kvar bakteriestamme. Den eine DNA-biten som er sett inn i E. coli-bakterien, har eit gen som lagar proteinet lasR, som kjenner igjen og bind seg til AHL-proteina som P. aeruginosa skil ut (sjå figur).
Bakteriedrepande protein
Når P. aeruginosa har skilt ut ei viss mengd AHL-protein, startar modul nummer to i den genmodifiserte E. coli-bakterien å lage det bakteriedrepande proteinet pyocin. Pyocin er ein type protein som P. aeruginosa sjølv lagar for å forsvare seg mot konkurrerande bakteriar. Det verkar mot bestemte bakteriar som er i nær slekt med bakterien som lagar det, det vil seie mot andre stammar av P. aeruginosa. Pyocinproteinet er sett saman av to delar, eitt protein som drep andre bakteriar og eitt immunprotein som vernar vertscella mot sitt eige pyocin. Ved å setje pyocin-genet inn i E. coli utnyttar forskarane såleis P. aeruginosa sitt eige våpen til å ta livet av bakterien.
Drep seg sjølv
Den tredje modulen som er sett inn i E. coli-bakterien, produserer proteinet E7, som lagar hol i bakterieveggen til E. coli, slik at bakterien går i oppløysing og det bakteridrepande pyocinet strøymer ut i omgivnaden. Deretter trengjer pyocinet gjennom bakterieveggen til P. aeruginosa slik at innhaldet lek ut og dei farlege bakteriane døyr.
Fordelar med pyocin
Ingen har til no observert at gen som gjer ein bakterie resistent mot pyocin, kan spreie seg frå éin bakteriestamme til ein annan. Derfor vil truleg ikkje bakteriane utvikle resistens mot pyocin like fort som mot andre antibiotika. Ein annan fordel med pyocin er at det verkar mot éin bestemt type bakterie, P. aeruginosa.
Ny medisin?
Det bakteridrepande proteinet tek ikkje berre knekken på enkeltbakteriar, men hindrar òg P. aeruginosa i å formeire seg og danne koloniar. Så langt har forskarane berre gjort forsøk med celler i laboratoriet. Etter kvart ønskjer dei å prøve ut teknologien på dyr og menneske, men dette er enno langt unna. Det kan dessutan vere uheldig å bruke levande E. coli på sår eller mot infeksjonar i luftvegane, som er stader der ein ikkje ønskjer å ha bakteriar. Men kanskje kan det fungere betre i tarmane, der det allereie er flust med bakteriar frå før, blant anna E. coli. Eit anna spørsmål er om dei genmodifiserte bakteriane kan komme til å oppføre seg annleis enn planlagt utanfor laboratoriet. Kva vil skje hvis nokre av eigenskapane spreier seg til andre bakteriar? Skulle nokre av E. coli-bakteriane til dømes mutere slik at dei ikkje går i oppløysing, vil dei formeire seg mykje lettare og utkonkurrere dei som døyr av seg sjølv, og korleis blir ein da kvitt dei? Spørsmålet er kor stor risiko vi er villige til å akseptere dersom teknologien kan vise seg å gi store gevinstar i kampen mot sjukdommar.
FAKTA Biobrikkar og syntetisk biologi
Syntetisk biologi er ei kraftig effektivisering av genteknologien der ein prøver å systematisk designe og konstruere nye biologiske system. Forskarar jobbar med å samle og lage biologiske modular eller biobrikkar (på engelsk: Biobricks) og kartlegge korleis dei passar saman. Ein modul er ein DNA-sekvens som inneheld dei gena som er nødvendige for ein viss eigenskap. Tanken er at dei som vil, skal kunne bestille modular med dei eigenskapane dei ønskjer og setje dei saman sjølve.
FAKTA Antibiotika
Antibiotika er ei fellesnemning på medisinar som verkar mot bakterieinfeksjonar. Penicillinet var eit av dei første antibiotika som vart oppdaga. Det skjedde i 1928, og sidan 1950-talet har antibiotika vore vanleg i medisinsk behandling. For mykje og feil bruk av antibiotika fører gjerne til at bakteriar blir resistente (motstandsdyktige) mot mange typar antibiotika. Da blir infeksjonane vanskelegare å behandle, noko som er eit stadig større problem. Vi må derfor utvikle nye antibiotika, eller sjå oss om etter andre alternativ.
Referansar:
• Saeidi N. et al. (2011) Engineering microbes to sense and eradicate Pseudomonas Aeruginosa, a human pathogen. Molecular Systems Biology 7, 521.
• Turner M. (2011) Set a bug to kill a bug. Nature News, publisert på nett 16. august 2011, DOI 10.1038/news.2011.483.
Sjå artikkelen slik den sto på trykk i GENialt 3/2011
