Co když se živé bakterie setkají se syntetickým proteinem?

Existuje mnoho způsobů jak zkoumat živý svět. Můžeme být nezaujatými pozorovateli, kteří se za každou cenu snaží stát mimo. Můžeme si také poskládat experimenty tak, aby úzkostlivě napodobovaly situaci v reálném světě. Anebo se odvážeme a vymyslíme si něco, co v přírodě zaručeně není. Překvapíme tím studované organismy naprosto novou situací a s trochou štěstí se dozvíme mnoho zajímavých věcí. Co kdybychom například vyrobili nezvyklý syntetický protein a pustili k němu živé buňky?

Nedávno se do toho s kolegy pustil syntetický biolog John Chaput z Institutu biodesignu Arizonské státní univerzity. Nejprve vyrobili umělý protein DX, který se uvnitř buněk váže na molekuly adenosintrifosfátu ATP, klíčového hráče v energetickém metabolismu buňky. Struktura této nenápadné molekuly ukrývá překvapivé množství energie, dostupné pro spoustu rozmanitých chemických reakcí v buňce. Protein DX uvnitř buňky vychytává ATP a rozvrací tím její normální metabolickou aktivitu. Otřesené buňky pak sice dál rostou, nejsou ale schopné se dělit. Samotná příprava syntetického proteinu DX byla pro vědce tvrdým oříškem. Využili při ní metodu známou jako mRNA display, která umožňuje vytvářet proteiny schopné navázat zvolenou cílovou molekulu, v tomto případě energetické platidlo ATP.

Chaput a jeho lidé v experimentech využili služeb klasické modelové bakterie E. coli. Po setkání s proteinem DX se původně zavalité tyčinky nápadně protáhly do podoby vláken. Bakterie vytvářejí takové vláknité formy buněk se znatelně nízkou metabolickou aktivitou i na divoko, když čelí nějakému závažnému stresu. Uvnitř vláknitých buněk se pak bakteriím Chaputova týmu v pravidelných intervalech vytvořily neobvyklé struktury z hustě uspořádaných lipidů, dobře viditelné transmisní elektronovým mikroskopem, kterým autoři říkají endolipozómy. V bakteriálních buňkách je to pro nás naprostá novinka. Zatím není úplně jisté, k čemu takové útvary vlastně slouží. Sami autoři spekulují, že se tak bakterie snaží izolovat poškozené části buňky a alespoň někde uchovat provozuschopný metabolismus. Podobné věci umí eukaryotické buňky, ale u bakterií jsme je zatím nepozorovali.

Badatelé se také podívali na to, jak se buňky E. coli ze setkání se syntetickým proteinem DX vzpamatovávají. Ukázalo se, že bakterie poznamenané tímto setkáním do 48 hodin opět získají tvar tyčinky a vstoupí do stavu přezdívaného „viable but nonculturable“ (VBNC), volně přeloženo „na pokraji smrti“. Návrat mezi normálně živé bakterie je pak pro ně podle všeho velmi obtížný a zdá se, že vyžaduje zásadní přeprogramování celé buňky. Chaput a spol. poukazují na to, že se o schopnostech a možnostech bakterií ještě máme hodně co učit a mělo by to stát za to. Mnoho různých patogenů totiž využívá stavu „viable but nonculturable“ v případě zasažení infekce antibiotiky. Pochopení jejich chování bude tudíž velice zajímat výzkumníky v lékařství.

Převážně neškodná laboratorní E. coli je i v tomto případě cenným modelovým organismem, na kterém si můžeme důkladně otestovat reakce stresovaných bakterií. Zajímavý potenciál pro lékařské využití má ale i samotný syntetický protein DX. Vzhledem k tomu, že dokáže rozvrátit energetický metabolismus celé buňky a zasáhne celou řadu klíčových drah najednou, by tak mohl sehrát roli ultimátního léčiva proti těm nejhorším patogenům, tedy až do chvíle, než si proti němu bakterie vybudují rezistenci. Kdyby třeba někdo vyrobil geneticky vylepšeného bakteriofága, schopného dopravit úhledný balíček s proteinem DX až do míst dramatu probíhající infekce, hned by byl náš boj s odolnými bakteriemi o něčem jiném.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka PhD.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

Strange behavior: new study exposes living cells to synthetic protein. ASU Biodesign Institute News 27.12. 2012.

Wikipedia (mRNA display, Viable but nonculturable).