A gazdasejt megfigyelésének kiaknázása révén pedig akár programozható „bérgyilkosok” is létrehozhatók a fágokból.

Bonnie Bassler, a Princeton biológusa az 1990-es években kezdett foglalkozni a quorum sensing (QS), vagyis a lokális denzitásérzékelés tanulmányozásával. Ennek lényege, hogy a baktériumok a helyi populációsűrűséghez igazítják génkifejeződésüket és működésüket, így bizonyos működések (pl. a biofilmképzés vagy a sejten kívüli emésztés) csak akkor aktiválódnak bennük, ha az egysejtűek megfelelő számban vannak jelen egy adott helyen.

A quorum sensing során a baktériumok molekuláris üzeneteket váltanak egymással, vagyis ők és társaik is molekulákat bocsátanak ki, amelyekből aztán meg tudják állapítani, hogy mennyien vannak együtt, és koordinálhatják viselkedésüket. Bassler egyik tanítványa, Justin Silpe azonban nemrégiben rájött, hogy ezeket az üzeneteket a baktériumokon kívül mások is képesek dekódolni. Mégpedig az egysejtűeket megfertőző vírusok.

A baktriofágok a gazdasejtbe való behatolás után két dolgot tehetnek: vagy rögtön megölik áldozatukat, vagy kivárnak. Utóbbi esetben képesek sok-sok új vírust kitermelni a baktérium segítségével, amelyek aztán a sejtből előtörve új baktériumokat fertőzhetnek meg. A helyes taktika kiválasztása szempontjából azonban kulcsfontosságú annak ismerete, hogy hány baktérium van a környéken, hiszen ha a sejtből kiszabaduló vírus nem talál áldozatot magának, hamar elpusztul.

Silpe vizsgálatai szerint a fágok ezt úgy kerülik el, hogy lehallgatják a baktérium quorum sensing jeleit: vagyis kivárják, amíg a kolónia azt jelzi, hogy már kellően nagyra nőtt, és ekkor ölik meg áldozatukat, hogy aztán a sejtből előtörve sok új gazdasejteket találjanak. A megfigyelés azért is nagyon meglepő, mert a quorum sensing már önmagában is forradalmi felfedezésnek tűnt. Korábban senki sem gondolta, hogy a rendkívül egyszerű baktériumok képesek lehetnek egymással kommunikálni és összehangolni viselkedésüket. A vírusok pedig még a baktériumoknál is sokkal egyszerűbbek, és technikailag nem is élnek, mégis képesek elcsípni és értelmezni a sejtek közti üzenetváltásokat.

A felfedezéshez vezető út jó pár éve kezdődött, amikor Bassler és csapata a kolerát okozó Vibrio cholerae kapcsán egy újfajta quorum sensing-rendszert azonosított. Mint kiderült, a baktériumok egy DPO nevű jelzőmolekulát szekretálnak, amelyet egy VqmA nevű fehérje detektál. Amikor a baktérium megfertőz egy szervezetet, csak néhány kórokozó jut be a testbe, így a DPO-jelek elvesznek az éterben. Ahogy azonban a baktérium szaporodni kezd, a jelek egyre koncentráltabbá válnak, és a sejtek érzékelni kezdik egymás jelenlétét. Amikor ez megtörténik, a baktériumokban a gének kifejeződése megváltozik, és a cél már nem a szervezet megtámadása, hanem az abból való kijutása és a további gazdatestek megfertőzése lesz.

A vizsgálatok során Silpe megmutatta, hogy sok rokon baktériumfaj rendelkezik a VgmA-hoz hasonló receptorokkal. Legnagyobb meglepetésére azonban kiderült, hogy a VP882 jelzésű fágnak is van ilyen fehérjéje. A fágról pedig nem sokkal korábban igazolták, hogy képes megfertőzni a kolera baktériumát.

Silpe gyanakodni kezdett, hogy ez nem lehet véletlen, és nekilátott kísérletezni. A kutatás során kiderült, hogy a vírus VqmA-verziója valóban képes a baktériumok által kibocsátott DPO-jelek érzékelésére. Mi több, amikor a vírus fogja a jelet, viselkedése megváltozik: míg addig csendben, passzívan várakozott, a szignál birtokában elkezdi megölni a gazdasejtet. Nagy populációsűrűség esetén ugyanis a vírus célja ugyanaz, mint hasonló helyzetben a baktériumé: elhagyni a megfertőzött organizmust, és új gazdasejteket találni. Vagyis a vírus és a baktérium ugyanarra a jelre gyakorlatilag ugyanolyan viselkedéssel reagál.

Ez azonban nem minden, a vírus egyúttal a baktérium viselkedését is képes megváltoztatni. Ha ugyanis a vírus veszi a DPO-jelet, a fág aktiválja a kolera kórokozójában azokat a géneket, amelyek a szervezetből való kijutást és további áldozatok megfertőzését segítik. A vírus tehát a kolera baktériumának legyűrése közben több száz bakteriális gént is irányítása alá von, amelyek révén biztosítja, hogy egészséges gazdasejtekből is egyre több álljon rendelkezésére.

Silpe kísérletei során sikeresen módosította a fágot más baktériumok (pl. szalmonella és kólibaktériumok) lehallgatására is, mégpedig olyan módon, hogy ha a vírus érzékeli a sejtek megfelelő jeleit, megöli ezeket. A szakértő tehát programozható „bérgyilkost” csinált a vírusból, amely nagyon sokféle célpontra ráereszthető.

És talán ebben rejlik a felfedezés legnagyobb potenciális hozadéka. A szakértők évtizedek óta próbálják a fágok segítségével legyőzni azokat a bakteriális fertőzéséket, amelyek rezisztenciára tettek szert a hagyományos antibiotikumokkal szemben. A fágterápiák nagy problémája azonban, hogy a vírusok nagyon válogatósak, és szakértőknek gyakorlatilag minden fertőzéshez másfajta fágot kell keresniük. Silpe eredményei azonban azzal kecsegtetnek, hogy léteznek olyan fágok, amelyek sokféle baktériumfaj ellen bevethetők, és közülük csak azt ölik meg, amelyiket a kutatók célba vettek.

Bassler és Silpe is hangsúlyozza ugyanakkor, hogy amit létrehoztak még messze van egy működő fágterápiától. Egyelőre csak kémcsövekben tesztelték programozott vírusaikat, így nem tudni, hogy azok egy élő szervezetben is hasonlóan hatásosak lesznek-e. És ennek kipróbálásába ők maguk nem is akarnak belevágni, hiszen nem ez a szakterületük. Remélhetőleg azonban lesznek olyanok, akik folytatják a kutatás ezen vonalát, miközben Bassler csapata a quorum sensing és a fágok természetes kapcsolatát vizsgálja tovább.

Forrás: ipon.hu / theatlantic.com / cell.com