A sokoldalú sejt

Pósfai György szegedi biológus kutatócsoportja a közelmúltban a rangos Science-ben publikált tanulmányt.

A Magyar Tudományos Akadémia Szegedi Biológiai Központjának Biokémiai Intézetében Pósfai György és munkatársai az Escherichia coli baktériumot alakították át mesterséges evolúcióval. Ellenőrzött és tervezett módon egyszerűbb sejtet állítottak elő. Pósfai György intézetvezetőt a kólibaktériummal végzett munkájukról, valamint a Science magazinban megjelent cikk hátteréről kérdeztük.

Miért fontos és hasznos a biológusoknak, a biokémikusoknak a kólibaktérium?
- A kólibaktérium már nyolcvan éve jelen van a laboratóriumokban mint a molekuláris biológiai kutatások egyik legfontosabb szervezete. Elmondhatjuk, hogy amit a sejtek molekuláris szintű működéséről tudunk, azt alapjában a kólibaktérium példájából vettük. Ebből adódik, hogy először mindent ezen a szervezeten is próbálunk ki, ráadásul megkerülhetetlen technikai eszköz a laborban, például a DNS-molekulák vizsgálatakor. Könnyű tenyészthetősége miatt az iparban is jut neki szerep, gyógyszereket, táplálékkiegészítőket gyártatnak vele, de felhasználják az állati takarmányokhoz is, sőt egy cég mezőgazdasági hulladékból már műanyagot termeltet vele.

A kilencvenes évek forradalmi fordulatot hozott a biológiában: sikerült elolvasni számos élőlény genetikai kódját, azaz genomját. A sort természetesen a viszonylag egyszerűbb élőlényeken, a baktériumokon kezdték, s a kólibaktérium volt az egyik első olyan szervezet, melynek a teljes genetikai kódját feltérképezték.

A kólibaktérium vizsgálata során levont következtetések mennyiben alkalmazhatók más élőlények esetén?
- Többeknek tulajdonítják a mondást: ami igaz a kólibaktériumra, az igaz az elefántra is. Az alapvető mechanizmusok megegyeznek minden sejtben, ám természetesen minden szervezet rendelkezik saját jellemzőkkel. Azaz egy összetettebb élőlényben bonyolultabb folyamatokkal szembesülünk.

Ahogy említette, a kólibaktériumot közel egy évszázada vizsgálják a kutatók. Az önök módszere mennyiben hozott újat a korábbi kutatásokhoz képest?
- A modern biológia fejlődését áttekintve azt látjuk, hogy Darwintól kezdve egyre kisebb részeket tanulmányoztunk. Míg Darwin populációkat vizsgált, Mendel már egyedeket, később jöttek a sejtek, a kromoszómák, végül a molekulák, a legalapvetőbb alkotórészek, melyeknél már nem lehet tovább jutni. A kilencvenes évek változást hozott: a genomika és a proteomika révén már nem csak az egyes molekulákat tudtuk vizsgálni, hanem az egész sejtet. Ennek köszönhetően annyi információ gyűlt össze, hogy az eddigi folyamat megfordult. A részinformációkat össze lehetett állítani, s megszületett a rendszerbiológia, amelynek célja az élő sejt modellezése. Mára odáig jutottunk, hogy megpróbálhatjuk saját terveink szerint átalakítani a sejteket.

A szintetikus biológia azt jelenti, hogy valamilyen biológiai rendszert próbálunk felépíteni bizonyos biológiai alkotóelemekből. Kisebb beavatkozásokat már régóta eszközölnek a sejteken, ám ilyen mértékű sejtátalakítást, mint amilyet a mi kutatócsoportunk végzett, még nem hajtottak végre. A sejtegyszerűsítési munkálataink további különlegessége, hogy a beavatkozásaink nem véletlenszerűek voltak; tervezett és ellenőrzött módon hajtottuk végre őket.

Egy újságban beszélt arról, hogy a kólibaktérium 4 300 génjének közel ötödére nincs szükség. Mit jelent ez?
- A kólibaktérium mögött négymilliárd éves evolúció áll. Természetes körülményei között sokféle kihívásnak van kitéve. Egyebek mellett él az ember bélrendszerében, kikerül a talajba vagy a vízbe, vagyis egészen eltérő körülmények között is meg kell élnie. A túléléshez természetesen rendelkezésére áll minden szükséges genetikai információ. Ha laboratóriumi körülmények között dolgozunk vele, csupán azokra az információkra, azokra a génekre van szükségünk, melyekkel célunk van. A többi része csupán zavaró körülmény ilyenkor, mely nehezíti a sejt megfelelő működését. A baktériumnak persze van védekező képessége is a külső beavatkozásokkal szemben, ám mi ezt is megnyirbáltuk, hogy ne rontsa el az általunk tervezett lépéseket.

Fontos kérdés, hogy meddig tarthat az egyszerűsítés. Ez a kitűzött céltól függ. Ha egy éppen csak működő, de élő sejtet akarunk előállítani, ahhoz elegendő 3-500 gén, vagyis a kóli génkészletének alig tizede. A mi célunk nem a minimális sejt létrehozása volt, hiszen az bár tudományosan nem lenne érdektelen, nagyon védett környezetet igényelne az életben tartása. Mi olyan sejtet akartunk létrehozni, amely rendelkezik azokkal a kedvező képességekkel, melyeket mi a kólival asszociálunk. Sokoldalú, jól felhasználható sejtet kívánunk produkálni, mely számos alkalmazás számára működőképes és hatékony. A kóliból eddig 43 géncsoportot szedtünk ki, összesen 743 gént. A végső célunk az, hogy 80-100 szakaszt vágjunk ki a kromoszómából, vagyis a génkészlet közel 20%-ától akarjuk megszabadítani a szervezetet. Meg kell jegyezni, hogy nem csupán kivettünk géneket, hanem belehelyeztünk újakat is, módosítottunk, javítottunk is olyan géneken, amelyek természetes körülmények között nem működnek elég erősen.