A Földön számos távoli, olykor „barátságtalan” hely rejt olyan mikroorganizmus-kolóniákat, amelyek segíthetnek fényt deríteni a földi élet kezdeteire és sok tudományos fejlesztést is előmozdíthatnak – vélik a GE-nél. A kutatásokhoz a GE Healthcare Life Sciences által kifejlesztett, szupernagy felbontású Delta Vision OMX készüléket használták, amellyel sikerült bepillantani az ősbaktériumok belsejébe.
Az extrém körülményeket is jól tűrő ősbaktériumok (ún. archeák) segítenek az evolúciós folyamatok alaposabb megértésében, különös tekintettel a fehérjefunkciókra.
A Delta Vision OMX készüléknek köszönhetően derült fény arra is, hogy a CetZ elnevezésű fehérjecsalád miniatűr csontvázként viselkedve teszi lehetővé az archeális sejtek alakszabályozását és mozgáskoordinációját.
A kutatók abban bíznak, hogy eredményeik hozzájárulhatnak a különféle antibiotikumok, fertőzésellenes és rákellenes gyógyszeres kifejlesztéséhez.
A biológusok sokáig úgy vélték, hogy minden földi élet mindössze két fajta, a sejtjeik alapján megkülönböztethető organizmusból fejlődött ki: az eukariotákból (olyan élőlények, mint a növények és az állatok, melyek sejtmaggal és membránnal körülvett mitokondriummal (sejtszervecskével) rendelkeznek), és a baktériumokból, melyek sem mitokondriummal, sem a genetikai anyagukat körülvevő membránnal nem rendelkeznek. Carl Woese amerikai mikrobiológus 1977-ben felfedezte, hogy az egyik hő- és sótűrő baktérium-alcsoport tulajdonképpen az élet „harmadik doménje”. A csoportnak az archeák nevet adta. Feltételezések szerint a 82°C körüli hőmérsékletű élőhelyeket kedvelő archeák mintegy húsz százalékát teszik ki a Föld biomasszájának.
A Cambridge-i Egyetem és a Sydney-i Műszaki Egyetem ithree Intézetének kutatói nemrégiben publikáltak egy tanulmányt a Nature folyóiratban, amelyben bemutatták az evolúció 2,5 milliárd évvel ezelőtti első lépéseit.
Az archeák és a baktériumok az evolúció korai szakaszában egyesültek, így jött létre az összes többi, jelenleg létező komplex életforma – mondja Iain Duggin. Az ithree Intézet kutatója és csapata Holt-tengeri sótűrő archeákat tanulmányozott, és mint kiderült, nevével ellentétben a hely csak úgy nyüzsög az élettől.
Munkájuk során az eukarióták és az archeák által létrehozott fehérjék közötti hasonlóságokat kutatták. Rekonstruáltuk az evolúció lépéseit: meg akartuk tudni, hogy miért maradt meg az egyes fehérjék funkciója – mondta Duggin.
A kutatócsapat egyenként azonosította, majd törölte az egyes géneket, és megfigyelte, hogy mi történik – ezt nevezik fordított genetikának. Hamarosan észrevették, hogy egyes gének hatással vannak a mikrobák alakszabályozási képességére, nevezetesen, hogy korong alakúból cső alakúvá változzanak. Duggin azonban ennél is mélyebbre akart ásni: a mikroba belsejében zajló fizikai változásokat is dokumentálni akarta.
A vizsgált ősbaktériumok aprócskák voltak, maximum 2 mikron átmérőjűek, azaz az emberi hajszál szélességénél 20-szor kisebbek. Belsejüket alig lehetett látni. A csapat a GE Healthcare Life Sciences részlege által fejlesztett szupernagy felbontású Delta Vision OMX mikroszkóppal orvosolta a problémát. A készülékkel három dimenzióban figyelhetők meg az organizmusok, túllépve még az Ernst Abbe-féle diffrakciós határt is, mely sokáig a végső határát jelentette a mikroszkópok felbontásának. „A mikroszkóppal benézhettünk a falak mögé” – mondja Dr. Duggin. „Olyan részleteket sikerült kivennünk, melyeket korábban még sohasem láttunk.”
A CetZ molekulák szabályos mintázatba összetapadva alkotnak lemezeket a sejteken belül. Ez valószínűleg egyfajta vázat biztosít a sejt alakjának szabályozásához. Figyelemreméltó, hogy a lemez szerkezete az archeális és az emberi tubulin fehérjékben is ugyanolyan.
A csapat a CetZ elnevezésű fehérjecsalád tanulmányozása során arra a felfedezésre jutott, hogy ezek a fehérjék miniatűr csontvázként viselkedve teszik lehetővé, hogy az archeális sejtek szabályozzák alakjukat és irányítsák mozgásukat. E „citoszkeletonnak” köszönhetően a sejtek tányér alakúból torpedószerű alakzattá tudnak átalakulni a gyorsabb úszás érdekében. A kutatás arra a megállapításra jutott, hogy ez a tulajdonság nem a komplexebb organizmusokban fejlődött ki, hanem valószínűleg az archeáktól öröklődött.
A kutatás eredményei láttán nem volt haszontalan visszamenni a múltba. A csapat leírta, hogy a CetZ „egy olyan, emberekben megtalálható fehérjéhez kötődik, amely jelenleg számos érdemi rákterápia célpontja, a baktériumokban pedig ez a fehérje kritikusan fontos szerephez jut a sejtosztódásban és sejtmultiplikációban.”
Az emberi fehérje a tubulin, a baktériumban megtalálható fehérje pedig az FtsZ elnevezésre hallgat. „Miközben a tubulin fő célpont a rákellenes gyógyszerek fejlesztésében, úgy gondoljuk, hogy az FtsZ fontos célpont lehet az új antibiotikumok fejlesztésében, lehetővé téve az olyan fertőzésellenes gyógyszerek kifejlesztését, amelyek kevesebb mellékhatást okozva gátolják a sejtek osztódását és növekedését” – mondja Dr. Duggin.
Az archeális fehérjék a tubulin-FtsZ „szupercsalád” egy még régebbi, minden életforma – az archeák, a baktériumok és az eukarióták – mikrobális ősében közös fehérjeősére is fényt deríthetnek.