Smrt na stikalo

Za varno uporabo mikroorganizmov v terapevtske namene je ključna robustna kontrola njihove sposobnosti preživetja. Raziskovalna skupina je v reviji Nature Communications objavila članek o genetsko stabilnih ubijalskih stikalih, ki temeljijo na tehnologiji CRISPR. 

Mikroorganizmi, specifično probiotiki, se uporabljajo za diagnosticiranje in zdravljenje bakterijskih okužb, rakavih obolenj, vnetnih motenj ter debelosti. Ker gre za žive organizme, obstaja verjetnost, da tekom zdravljenja mutirajo in se prilagodijo svojemu okolju. Pri tem pogosto razvijejo nezaželene lastnosti, denimo patogenost, oziroma izgubijo ključne terapevtske funkcije. Terapevtski mikroorganizmi morajo zato dosegati določene varnostne standarde, kar vključuje nadzor njihove viabilnosti znotraj in zunaj gostitelja. Za takšne namene se ponavadi uporabljajo različna molekularna stikala za uničenje celice, v angleščini poznana pod imenom “kill switch”. Gre za umetno vgrajena molekularna omrežja, ki na podlagi določenega signala v okolici celice sprožijo programirano celično smrt. 

Sintetične biologinje so izumile že nekaj različic takšnih ubijalskih stikal, a je do sedaj stikala pestila genetska nestabilnost. Gre za primer prej omenjene izgube zaželjene funkcije, v tem primeru kar stikala samega. Zaradi izrazitega selekcijskega pritiska, ki so mu stikala podvržena, se z mutacijami namreč sorazmerno hitro inaktivirajo. Poleg tega imajo bakterije razvite tudi poseben sklop mehanizmov imenovan SOS odziv, s katerim poskušajo pobegniti škodljivim spremembam genoma, kakršna ubijalsko stikalo z gledišča bakterije vsekakor je. SOS odziv poveča število napak v genomu, zaradi česar se poveča tudi verjetnost, da se mutacija pojavi na področju vnešenega ubijalskega stikala in ga s tem inaktivira.

Kot osnovo za razvoj bolj stabilnega stikala so se raziskovalke poslužile sistema CRISPR-Cas9, ki sproži celično smrt kot odziv na prisotnost molekule anhidrotetraciklin ali krajše aTc, ter ga vnesle v bakterijo E. Coli. Stabilnost sistema so nato povečale z genskim inženiringom ter manipuliranjem okoljskih spremenljivk. Med drugim so v genom vnesle funkcionalno odvečne kopije delov stikala in tem zmanjšale verjetnost mutacij na funkcionalno pomembnem delu. Poleg tega so odstranile nekatere genetske komponente SOS odziva, s tem pa zmanjšale število napak, ki jih tak odziv proizvede.

Tako razvito ubijalsko stikalo so nato nadgradile v stikalo, ki sproži celično smrt kot odziv tako na molekulo aTc kot tudi na zmanjšanje temperature v okolici. S tem so zagotovile, da mikroorganizmi umrejo ob izstopu iz gostitelja, ko se praviloma zmanjša tudi temperatura. Obe stikali sta se izkazali za dolgoročno stabilni tako pri gojenju v petrijevkah kot tudi pri vnosu v mišjega gostitelja. Razvita tehnologija tako obeta razvoj varnejših mikrobioloških terapevtskih sistemov.
 

O smrti na ukaz je premišljevala Ela.