Bakterie s genetickým vypínačem neprchnou z laboratoře

Bakterie dovedou být velice užitečné. Mohou být upraveny tak, aby vylepšily elektrické baterie, likvidovaly odpadní plasty, bojovaly proti nádorům anebo dokonce vyráběly kyslík pro lidské kolonisty na Marsu. S bakteriemi je ale problém v tom, že by mohly uniknout ze svého pracovního prostředí. A pak by se mohly dít hrozné věci.

Bioinženýři Wyssova Institutu na Harvardu pracují na tom, aby bakteriální pomocníci neměli zaječí úmysly. Pamela Silver a její kolegové pro ně vyvinuli dva typy „vypínačů“, které umístili přímo do jejich genomů. Tyto vypínače by měly zajistit, aby se vylepšené bakterie po úniku do okolního prostředí samy zlikvidovaly.

Prvnímu z bakteriálních vypínačů říkají „Essentializer“, protože zabraňuje vylepšeným bakteriím, aby si z genomu odstranily klíčový prvek vypínače pomocí rychlé evoluce. Essentializer zahrnuje gen, jehož produktem je toxin, který ve vysoké koncentraci bakterii zabije. Zároveň má ale bakterie s Essentializerem v genomu dva bakteriofágové faktory v takzvaném paměťovém elementu, které nepřetržitě inhibují expresi genu s toxinem. Tyto faktory jsou nezbytné pro přežití bakterie, a když je odstraní náhodné mutace, tak to vede k rychlé smrti dotyčné bakterie.

Bakterie s Essentializerem představují vyvážený systém, který spojuje přežití bakterie E. coli s přítomností paměťového elementu v bakteriálním genomu. Experimenty ukázaly, že tento systém zůstává plně funkční i po 140 buněčných děleních.

Druhým z vypínačů týmu Wyssova Institutu je „Cryodeath“. Ten funguje na podobném principu jako Essentializer, liší se ale v tom, že v tomto případě toxinový systém zabíjí vylepšené bakterie ve chvíli, když se dostanou ven z těla. Princip mechanismu spočívá v tom, že spouštěčem vypínače je teplota. Gen produkující toxin se u vypínače Cryodeath aktivuje v případě, že teplota v okolí bakterie poklesne z typicky tělní teploty kolem 37°C na běžnou pokojovou teplotu 22 °C.

Badatelé testovali bakterie E. coli s vypínače Cryodeath u laboratorních myší. Když prověřili myší trus na přítomnost přeživších bakterií, tak vyšlo najevo, že mimo tělo myši přežila pouze jedna bakterie ze 100 tisíc.

Podle Silverové se díky jejich genetickým vypínačům dostáváme mnohem blíže k reálným aplikacím s geneticky vylepšenými bakteriemi, ať už v lidském těle nebo v prostředí. Teď se Silverová a její kolegové snaží oba nové genetické vypínače zkombinovat, a tím i zajistit, že GM bakterie budou ještě více kontrolovatelné svým prostředím.

V poslední době se objevuje více podobných „vypínačů“, které mají zajistit, aby se geneticky upravené bakterie netoulaly okolním prostředím. Tým Massachusettského technologického institutu (MIT) přišel s technologií, která představuje bakteriální vypínač s heslem. Takový vypínač zabije bakterii, když v okolním prostředí schází určitá chemikálie, která udržuje vypínač neaktivní.

Badatelé z kalifornského Caltechu zase vyrobili bakterie, které je možné ovládat pomocí teploty. Změna teploty jim řekne, kdy mají vypustit náklad léčiva a kdy mají o vykonání práce spáchat sebevraždu.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Původní zdroj:

Molecular Cell 68: 686–697.e3

Sekundární zdroj:

Wyss Institute 16. 11. 2017