Spreminjanje nekega genetskega programiranja je lažje, kot si morda mislite. Medtem ko se tehnike za spreminjanje DNK na molekularni ravni vse bolj uporabljajo, je mogoče tudi preprosto vklopiti ali izklopiti gene, ne da bi trajno spremenili osnovni genetski material. To pomeni, da lahko vplivamo na genetska navodila, ki jih pošljemo v telo s spreminjanjem okolja ali z drogami.
To polje "epigenetike" že pomaga zdravnikom razumeti, kako določene bolezni delujejo, zakaj je vadba lahko tako koristna in kako lahko spremenimo proces staranja. Toda moji kolegi in jaz poskušamo raziskati vlogo epigenetike v bakterijah.
Pred kratkim smo preučevali, kako vplivati na bakterijsko epigenetiko, ki bi lahko zaustavila okužbe brez uporabe antibiotičnih zdravil. In glede na to, da številne bakterije postajajo odporne na obstoječe antibiotike, bi to lahko odprlo ključen nov način zdravljenja bolezni.
Naša raziskava je proučevala bakterijo Acinetobacter baumannii, ki je glavni vzrok okužb, ki jih ljudje lahko ujamejo v bolnišnicah in ki pokonča do 70 odstotkov ljudi, ki so okuženi z njo. Antibiotiki ne delujejo več na nekatere seve A. baumannii - Svetovna zdravstvena organizacija pa ga je nedavno uvrstila med največje bakterijske grožnje za zdravje ljudi.
Že imamo nekaj tako imenovanih protivirusnih zdravil, ki ne ubijajo bakterij, ampak jih naredijo neškodljive, tako da jih imunski sistem telesa lahko izčisti, ne da bi pustil zadaj, da postanejo odporni na drogo. Če si prizadevamo, da bi vplivali na epigenetiko bakterij, zaradi česar so hrošči neškodljivi, bi nam lahko pomagali ustvariti nova protivirusna zdravila, ki bi ogromno prispevala k medicini.
Za začetek tega procesa smo se najprej obrnili na človeško epigenetiko. Najpogostejši način vpliva na našo epigenetiko je, da v naš genetski material dodamo majhno molekularno oznako, ki vklopi ali izklopi sorodni gen. Še posebej lahko dodamo oznako, znano kot acetilna skupina, pomembnemu proteinu, imenovanemu histon.
Dodajanje acetilne oznake histonu (CNX OpenStax, CC BY) Histon organizira naše 2-dolge molekule DNK, tako da se lahko lepo prilegajo v naše celice dolge 100 mikrometrov. Dodajanje acetilne oznake je naravni mehanizem, ki ga celice uporabljajo za spreminjanje načina interakcije histona z DNK. Če dodate acetilne oznake, običajno aktivirajo nekatere gene, kar pomeni, da spremenijo način vedenja celice. Neuspehi v tem postopku spreminjanja histona so povezani z raki, srčno-žilnimi boleznimi in številnimi nevrodegenerativnimi motnjami.
Bakterijske celice imajo svojo različico histona, imenovano HU, ki organizira njihov DNK in sodeluje pri delu vseh njegovih funkcij. Bakterije, ki jih imenujemo "gram-pozitivne", kot so tiste v našem prebavnem sistemu, ki nam pomagajo razgraditi hrano, ne morejo preživeti brez delovanja HU. In "gram-negativne bakterije", ki so navadno tiste, ki nas zbolijo, kot je Salmonella enterica, postanejo veliko manj škodljive brez HU.
Nova zdravila
V naši raziskavi smo ugotovili, da je dodajanje acetilne oznake HU pomembno vplivalo na način njegovega interakcije z DNK. To pomeni, da je zelo verjetno, da takšne spremembe povzročijo epigenetske spremembe, ki vplivajo na rast bakterij in okužbo drugih organizmov. Če torej lahko ustvarimo zdravila, ki na ta način spremenijo bakterijske beljakovine, bi lahko imeli nov način zaustavitve okužb.
Trenutno je to resnično pomemben izziv v medicini, saj bakterije, ki so odporne na antibiotike, po svetu pobijejo 700.000 ljudi na leto. Če ne najdemo novih načinov zdravljenja, bi se lahko letna smrtna žrtev do leta 2025 dvignila na 10 milijonov.
Ko preverimo povezavo med specifičnimi epigenetskimi spremembami in bakterijsko okužbo, lahko začnemo iskati snovi, ki na ta način spremenijo epigenetiko bakterij, da postanejo manj škodljive. V predkliničnem razvoju ali v kliničnih preskušanjih že obstaja več molekul, ki ciljajo na človeško epigenetiko na podoben način. Torej zdravilo, ki "izklopi" sposobnost bakterij, da povzročajo okužbe, morda ni preveč daleč.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
Yu-Hsuan Tsai, predavatelj organske kemije na Univerzi Cardiff
