A baktériumok szuperfegyvereit másolja az orvostudomány

A baktériumok évszázmilliók óta tökéletesítik nanoméretű, más baktériumok elpusztítására használt fegyvereiket. E pontosan célzó és hatékony fegyvereket megfelelő módosításokkal az orvostudomány szolgálatába lehet állítani. Bélrendszeri kórokozók ellen már sikerült is bevetni a nanofegyvereket.

Az ember egyre inkább automatizált és egyre pontosabb fegyvereket készít: robotrepülők pilóta nélkül semmisítenek meg körülírt célpontokat, és nincs messze az idő, amikor csupa önjáró fegyver vívja majd a katonák helyett a háborúkat. Azonban, mint oly sok mindenben, az emberiség e téren is évmilliókkal le van maradva a természet mögött: a baktériumok időtlen idők óta olyan fegyverekkel harcolnak, amelyek a távolba kilőve halálos pontossággal becserkészik és megsemmisítik az ellenséget, miközben a kívülálló "civileket" érintetlenül hagyják. E csodafegyverek egyre alaposabb megismerésével lehetővé vált, hogy a kutatók kihasználják őket különböző kórokozók vagy kártevők ellen - méghozzá úgy, hogy hasznos vagy ártalmatlan fajoknak közben ne essék bántódása.

Nanoméretű szuronyok mérgezett heggyel

A mikrobák célzott hadviselését François Jacob, a későbbi Nobel-díjas francia biológus figyelte meg először 1954-ben, amikor felfedezte, hogy a Pseudomonas aeruginosa nevű, főleg a kórházi fekvőbeteg-osztályokon pusztító baktérium egyik törzse olyan anyagot bocsát ki, amely kizárólag ugyanazon faj más törzseinek egyedeit öli meg. Jacob az ismeretlen anyagot a faj akkori neve - P. pyocyanea - alapján pyocinnak nevezte el.

A jelenség nagy érdeklődést keltett, hiszen az addig ismert antibiotikumok - csakúgy, mint a maiak - mind a mikrobák többé-kevésbé széles körével szemben voltak hatékonyak; olyan szert, amely csupán egyetlen meghatározott baktériumfajra, sőt, -törzsre nézve lett volna veszélyes, nem találtak korábban. Ráadásul a pyocinok lenyűgözően hatékonynak is bizonyultak: egyetlen részecskéjük képes volt végezni egy baktériumsejttel.

A pyocinok óriási méretükkel is kitűntek a többi mikrobiális méreganyag közül, és erős nagyítással nézve leginkább egy űrszondára hasonlítottak, cső alakú testtel és belőle kinyúló szálvékony lábakkal. Ma már ismeretes, hogy e különös molekuláris űrszondák a célra szállva miniatűr önkioldó injekciós tűként kezdenek viselkedni. Hengeres testük, mint egy üreges sétapálca, belül szuronyt rejt; leszállás után a külső henger rugóként összehúzódik, s a szuronyt átdöfi az áldozat sejtfalán. A célzás pontosságát a dokkoló lábak biztosítják, amelyek kizárólag a kiszemelt áldozat sejtfelszínéhez kötődnek. A gyilkolás hatékonyságát pedig gyakorta azzal növelik az agyafúrt mikrobák, hogy a szurony hegyére mérgező molekulát tűznek, amely ily módon befecskendezve villámgyorsan kivégzi a célsejtet.

Forrás: Wikimedia Commons

Öngyilkos merénylők és közelharcosok

Mivel az "okos szurony" molekuláris léptékkel mérve hatalmas szerkezet, a legtöbb baktérium nem képes arra, hogy miután a sejt belsejében összeszerelte, a sejtfalon keresztül a külvilágba juttassa. Ezért egyes fajokban akadnak önfeláldozó egyedek, amelyek kamikazeként szétrobbantják magukat az ellenség állásai mögött, s ezzel lehetővé teszik fajtársaik hódító előrenyomulását. Az ügyesebbek viszont a szuronyt alkatrészenként "dobják át a kerítésen", s az odakinn magától összeszerelődik, így még öngyilkos merénylőkre sincs szükségük. Megint mások azt a trükköt alkalmazzák, hogy a fegyvert saját sejtfalukra erősítik, majd megközelítik és kézitusában fektetik két vállra az ellenséget.

Az okos szuronyok, az éppen alkalmazott harcmodortól függetlenül, elképesztően hatékony fegyverek. A Serratia entomophila baktérium cserebogár-lárvákba hatol be, s mérgezett végű szuronyaival - mindmáig felderítetlen módon - leállítja a lárva táplálkozását. Néhány hónap múlva aztán, amikor a lárva már legyengült az éhezéstől, elárasztja a szervezetét és felfalja a szöveteit. A Photorhabdus nevű fénykibocsátó baktérium ennél is türelmetlenebb: a viaszmoly megtámadott lárvája a mikrobák bejutásától számított 15 percen belül elfeketedik és elpusztul, szervein pedig a halványan világító baktériumsejtek tömegei lakomáznak. A célzás minden esetben tévedhetetlen: a szuronyok már a kiszemelt faj közeli rokonaira nézve is hatástalanok.

Hadizsákmány a baktériumölő vírusoktól

Amikor a kutatók azt kezdték vizsgálni, hogyan tettek szert a baktériumok ezekre a páratlanul specializált ölőberendezésekre, hamar felfigyeltek az okos szuronyok és a baktériumokat fertőző vírusok, az ún. bakteriofágok (vagy röviden: fágok) közötti szerkezeti és működésbeli hasonlóságokra. Valójában a pyocinok hengeres teste és szálszerű lábai olyannyira emlékeztetnek a fágok hasonló - szintén befecskendezésre, illetve dokkolásra használt - struktúráihoz, hogy az egybeesés aligha lehet véletlen. A fő különbség az, hogy a fágok rendelkeznek egy fehérjeburkos fejjel is, melyben örökítőanyagukat tárolják, s ők fertőzéskor ezt a DNS-molekulát fecskendezik a célsejtbe. A pyocinok tehát minden bizonnyal úgy kerültek a baktériumok "kezébe", hogy a fágok megfelelő génjeit - mintegy hadizsákmányként - beillesztették a saját génállományukba, s a maguk céljaikra kezdték őket használni.

Forrás: Wikimedia Commons

Kard által vész, ki kardot ragad

Ha a baktériumok voltak annyira agyafúrtak, hogy elrabolják ellenségeik, a fágok fegyverét, talán az embernek is sikerül a baktériumok ellen fordítani saját szuronyaikat. A fágokkal való hasonlóság felismerése rendkívül tanulságos, ugyanis a mikrobiológusok régóta tudják, hogy szinte minden baktériumfajnak, sőt, -törzsnek megvannak a maga fágjai, amelyek kizárólag azt a célpontot támadják. A fajlagosság, csakúgy, mint a pyocinoké, itt is a dokkoló lábaknak köszönhető. Nem kell hát mást tenniük a biológusoknak, mint a gyilkos szuronyt a kiválasztott baktériumra vadászó fág lábaival ellátni, és máris kész a lehető legpontosabban célzó csodafegyver.

A kaliforniai AvidBiotics cég fejlesztői ezt már meg is tették: a Salmonellára, a Shigellára, valamint az E. coli-nak a közelmúltbeli németországi járványt kirobbantó törzsére specifikus pyocinokat barkácsoltak, és már folynak a munkálatok a kolerát okozó Vibrio cholerae elleni fegyveren. Figyelmüket azért összpontosítják a bélrendszer kórokozóira, mert a nanoszuronyok egyelőre csak ide juttathatók be anélkül, hogy a szervezet immunrendszere megtámadná és eltakarítaná őket.

Azonban a pyocinok valószínűleg biztonságosan bejuttathatók a tüdőbe is, és bizonyára használhatók lesznek az ételeinken elszaporodó baktériumok megfékezésére. Jövőbeni alkalmazásuk további lehetőségei között szerepel a mezőgazdasági kártevők irtása, valamint - a szuronyok hegyére tűzött toxinok lecserélésével - a gyógyszermolekulák adott sejttípusba való célzott bejuttatása.