Evolúció a laborban

Közönséges baktériumok olyan célra vetettek be egy fehérjét, amire az normális esetben tökéletesen alkalmatlan.

A kutatók szerint ez az "evolúciós ugrás" ráadásul új úttal kecsegtet a biotechnológia számára kiemelt fontosságú diszulfid-hidak létrehozására. Többek között e kötések segítségével veszik fel az egyes fehérjék az élő szervezetekben betöltött funkciójuknak megfelelő háromdimenziós alakot.

A Science hetilapban megjelentetett cikkükben Michigan és Texas egyetemeinek kutatói arról számoltak be, hogy laboratóriumban sikerült olyan körülményeket teremteniük, amelyek között a vizsgált baktériumok korábban ismeretlen diszulfid-hidakat hoztak létre. "Ugrás közben csíptük nyakon az evolúciót" - fogalmaz James Bardwell, a Michigan Egyetem molekuláris biológusa.

A Texasi Egyetemen kutató George Georgiou a Bardwell által kitenyésztett mutáns baktériumtörzzsel kísérletezett, amely elvesztette a diszulfid-hidak kialakításának képességét. A kérdéses baktériumok esetében ez a hiányosság egyenértékű a pusztulással, mivel a diszulfid-hidak kialakítása, illetve feloldása irányítja a helyváltoztatásért felelős sejtszervecske, az ostor működését.

Georgiou és munkatársai arra voltak kíváncsiak, hogyan reagálnak a baktériumok, amikor azok kimerítették a közvetlen környezetükben lévő táplálékforrásokat. Ebben az esetben a baktériumok előtt két lehetséges út állt: találnak valamilyen más módot a közlekedésre, vagy éhen halnak.

A vizsgált egysejtűek az előbbit választották: egy olyan fehérje - a tioredoxin - segítségével hozták létre az életfontosságú diszulfid-hidakat, amely normális körülmények között éppen azok felszámolásában játszik szerepet.

A kutatók a természetes szelekciót modellező helyzetet próbáltak meg teremteni azzal, hogy a diszulfid-hidak létrehozására képtelen baktériumok tioredoxin-termelésért felelős genetikai anyagában véletlenszerű változásokat generáltak. A tioredoxin kreatív használata tehát mesterséges beavatkozás eredménye volt; ám miután akadt olyan baktérium, amely képes volt újra diszulfid-kötések létrehozására, az a visszanyert mozgóképesség hatására táplálékhoz jutott, szaporodni kezdett, és utódaira átörökítette a túlélési értékkel bíró mutációt.

A kutatók meglepetésére kiderült, hogy a módosult thioredoxin aminosav-összetétele csupán két százalékban különbözik a fehérje korábban ismert változatától; az eredmény azonban két vas-, és két kénatom összekapcsolódása, ami lehetővé teszi a thioredoxin fehérjemolekulák közötti kötések kialakulását. Vas-kén komplexek számos enzimben előfordulnak, de korábban soha nem sikerült hasonló funkciót ellátó vas-kén komplexet "laboratóriumi evolúció" során élő fehérjébe juttatni.

"Napjainkban alig akad olyan mérnök vagy építész, aki a különböző CAD (= Computer Assisted Design) számítógépes tervezőrendszerek nélkül boldogulna. A kísérletünkben szereplő baktériumok teljesen eredeti kötéstípust fejlesztettek ki, amely minden bizonnyal jelentős szerepet játszik majd az iparban. Azt hiszem, eljött az ideje, hogy megbarátkozzunk a GAD, vagyis a genetikai eszközök révén végrehajtott anyagtervezés gondolatával (Genetic Assisted Design)."

Az új típusú diszulfid-kötések olyan betegségek okainak megértésében válhatnak kulcsfontosságúvá, mint az Alzheimer-kór vagy a cisztikus fibrózis.