Joku geneettisen ohjelmoinnin muuttaminen on helpompaa kuin luuletkaan. Vaikka tekniikat DNA: n muuttamiseksi molekyylitasolla ovat yhä yleisempiä, on myös mahdollista yksinkertaisesti kytkeä geenit päälle tai pois päältä muuttamatta pysyvästi perustana olevaa geneettistä materiaalia. Tämä tarkoittaa, että voimme vaikuttaa organismin kehon lähettämiin geneettisiin ohjeisiin muuttamalla ympäristöä tai lääkkeillä.
Tämä "epigenetiikan" ala auttaa lääkäreitä jo ymmärtämään, kuinka tietyt sairaudet toimivat, miksi liikunta voi olla niin hyödyllistä ja kuinka voisimme muuttaa ikääntymisprosessia. Mutta kollegani ja minä yritämme tutkia epigenetiikan roolia bakteereissa.
Tutkimme äskettäin mahdollista tapaa vaikuttaa bakteerien epigenetiikkaan, joka saattaa pystyä lopettamaan infektiot käyttämättä antibiootteja. Ja koska monet bakteerit ovat tulossa resistentteiksi olemassa oleville antibiooteille, se voisi avata uuden elintärkeän tavan hoitaa tautia.
Tutkimuksessamme tarkasteltiin bakteeria Acinetobacter baumannii, joka on tärkein syy infektioihin, joita ihmiset voivat saada sairaalaan ja joka tappaa jopa 70 prosenttia ihmisistä, jotka ovat saaneet tartunnan. Antibiootit eivät enää toimi joillakin A. baumannii -kannoilla - ja Maailman terveysjärjestö piti sitä äskettäin suurimpana bakteeriuhkana ihmisten terveydelle.
Meillä on jo joitain ns. Antivirulenssilääkkeitä, jotka eivät tappaa bakteereja, mutta tekevät niistä vaarattomia, jotta kehon immuunijärjestelmä voi puhdistaa ne pois jättämättä jälkeensä tullakseen lääkkeelle vastustuskykyisiä. Kehittäminen tapaan vaikuttaa bakteerien epigenetiikkaan tekemällä virheet vaarattomiksi voisi auttaa meitä luomaan uusia viruksenvastaisia lääkkeitä, jotka antaisivat valtavan panoksen lääketieteeseen.
Aloittaaksemme tämän prosessin kääntyi ensin ihmisen epigenetiikkaan. Yleisin tapa vaikuttaa epigenetiikkaamme on lisätä pieni molekyylitunniste geneettiseen materiaalimme, joka kytkee tai katkaisee sukua olevan geenin. Erityisesti voimme lisätä asetyyliryhmänä tunnetun merkin tärkeään proteiiniin, nimeltään histoni.
Asetyyltunnisteen lisääminen histoniin (CNX OpenStax, CC BY) Histoni järjestää 2m pitkät DNA-molekyylimme niin, että ne mahtuvat siististi 100 mikrometrin pituisten solujemme sisälle. Asetyylimerkinnän lisääminen on luonnollinen mekanismi, jota solut käyttävät muuttaakseen tapaa, jolla histoni toimii vuorovaikutuksessa DNA: n kanssa. Asetyylimerkkien lisääminen aktivoi normaalisti tietyt geenit, mikä tarkoittaa, että ne muuttavat solun käyttäytymistapaa. Tämän histonimodifikaatioprosessin epäonnistumiset liittyvät syöpään, sydän- ja verisuonisairauksiin ja moniin neurodegeneratiivisiin häiriöihin.
Bakteerisoluilla on oma versio histonista, joka tunnetaan nimellä HU, joka järjestää heidän DNA: nsa ja osallistuu kaikkien sen toimintojen toimimiseen. Bakteerit, joita kutsutaan gram-positiivisiksi, kuten ruoansulatusjärjestelmän bakteerit, jotka auttavat meitä hajottamaan ruokaa, eivät pysty selviytymään ilman työtä HU. Ja "Gramnegatiivisista bakteereista", jotka tyypillisesti tekevät meistä sairaita, kuten Salmonella enterica, tulee paljon vähemmän haitallisia ilman HU.
Uudet lääkkeet
Tutkimuksessamme havaitsimme, että asetyylimerkinnän lisääminen HU: hon vaikutti merkittävästi sen vuorovaikutukseen DNA: n kanssa. Tämä tarkoittaa, että on erittäin todennäköistä, että tällainen muuntaminen tekee epigeneettisiä muutoksia, vaikuttaen bakteerien kasvuun ja saastuttamaan muita organismeja. Joten jos voimme luoda lääkkeitä, jotka tekevät nämä muutokset bakteeriproteiineihin tällä tavalla, meillä voisi olla uusi tapa estää infektiot.
Tämä on todella tärkeä haaste lääketieteessä tällä hetkellä, koska antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit tappavat 700 000 ihmistä vuodessa maailmanlaajuisesti. Jos emme löydä uusia hoitoja, vuotuinen kuolonuhrien määrä voi nousta 10 miljoonaan vuoteen 2025 mennessä.
Kun olemme tarkistaneet yhteyden tiettyjen epigeneettisten muutosten ja bakteeri-infektioiden välillä, voimme alkaa etsiä aineita, jotka muuttavat bakteerien epigenetiikkaa tällä tavalla tehden siitä vähemmän haitallisia. Prekliinisessä kehityksessä tai kliinisissä tutkimuksissa on jo useita molekyylejä, jotka kohdistuvat ihmisen epigenetiikkaan samalla tavalla. Joten lääke, joka “sammuttaa” bakteerien kyvyn aiheuttaa infektioita, ei välttämättä ole liian kaukana.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Yu-Hsuan Tsai, orgaanisen kemian luennoitsija, Cardiffin yliopisto
