Mijenjanje nečijeg genetskog programiranja lakše je nego što mislite. Dok se tehnike mijenjanja DNK na molekularnoj razini sve više koriste, također je moguće jednostavno uključiti ili isključiti gene bez trajne promjene temeljnog genetskog materijala. To znači da možemo utjecati na genetske upute koje se šalju u organizam promjenom njegove okoline ili lijekovima.
Ovo polje "epigenetike" već pomaže liječnicima da shvate kako djeluju određene bolesti, zašto vježbanje može biti toliko korisno i kako bismo mogli promijeniti proces starenja. Ali moji kolege i ja pokušavamo istražiti ulogu epigenetike u bakterijama.
Nedavno smo proučavali mogući način utjecaja na bakterijsku epigenetiku koja bi mogla zaustaviti infekcije bez korištenja antibiotskih lijekova. A s obzirom na to da mnoge bakterije postaju otporne na postojeće antibiotike, to bi moglo otvoriti važan novi način liječenja bolesti.
Naše istraživanje proučavalo je bakteriju Acinetobacter baumannii, koja je glavni uzrok infekcije koju ljudi mogu uhvatiti u bolnicama i koja ubija do 70 posto ljudi koji su zaraženi njom. Antibiotici više ne djeluju na neke sojeve A. baumannii - a Svjetska zdravstvena organizacija nedavno ga je ocijenila kao najveću bakterijsku prijetnju ljudskom zdravlju.
Već imamo nekoliko takozvanih antivirusnih lijekova koji ne ubijaju bakterije, ali ih čine bezopasnim kako bi ih imunološki sustav tijela mogao očistiti, a da ne ostavi nikakvu osobu koja postaje otporna na lijek. Dolazak na način da utječemo na epigenetiku bakterija čineći bube bezazlenim mogao bi nam pomoći u stvaranju novih antivirusnih lijekova koji bi dali ogroman doprinos u medicini.
Da bismo pokrenuli ovaj postupak, prvo smo se okrenuli ljudskoj epigenetiki. Najčešći način utjecaja na našu epigenetiku je dodavanje male molekularne oznake našem genetskom materijalu koji uključuje ili isključuje srodne gene. Posebno možemo dodati oznaku poznatu kao acetilna skupina važnom proteinu koji se zove histon.
Dodavanje acetilne oznake histonu (CNX OpenStax, CC BY) Histon organizira naše molekule DNK duge 2 metra tako da se mogu skladno uklopiti u naše stanice duge 100 mikrometara. Dodavanje acetilne oznake prirodni je mehanizam koji stanice koriste za promjenu načina interakcije histona s DNK. Dodavanje acetilnih oznaka normalno aktivira određene gene, što znači da mijenjaju način na koji se stanica ponaša. Neuspjesi u ovom procesu modifikacije histona povezani su s karcinomom, kardiovaskularnim bolestima i mnogim neurodegenerativnim poremećajima.
Bakterijske stanice imaju svoju verziju histona poznatu pod nazivom HU, koja organizira njihov DNK i uključena je u funkcioniranje svih njegovih funkcija. Bakterije koje se nazivaju „gram-pozitivne“, poput onih u našem probavnom sustavu koje nam pomažu u razgradnji hrane, ne mogu preživjeti bez rada HU. A „gram-negativne bakterije“, koje su obično one koje nas čine bolesnima poput Salmonella enterica, postaju mnogo manje štetne bez HU-a.
Novi lijekovi
U našem istraživanju otkrili smo da je dodavanje acetil oznake HU značajno utjecalo na način njegova interakcije s DNK. To znači da je velika vjerojatnost da takve izmjene dovode do epigenetskih promjena, što utječe na rast bakterija i zarazu drugih organizama. Dakle, ako uspijemo stvoriti lijekove koji na te načine mijenjaju bakterijske proteine, mogli bismo imati novi način zaustavljanja infekcija.
Ovo je zaista važan izazov u medicini trenutno, jer bakterije koje su rezistentne na antibiotike ubijaju 700.000 ljudi godišnje širom svijeta. Ako ne pronađemo nove načine liječenja, godišnja smrtnost mogla bi se povećati na 10 milijuna do 2025. godine.
Jednom kada potvrdimo vezu između određenih epigenetskih promjena i bakterijske infekcije, možemo početi tražiti tvari koje na taj način mijenjaju epigenetiku bakterija kako bi bile manje štetne. Već postoji nekoliko molekula koje ciljaju ljudsku epigenetiku na sličan način u pretkliničkom razvoju ili u kliničkim ispitivanjima. Dakle, lijek koji "isključuje" sposobnost bakterija da uzrokuju infekcije možda nije previše daleko.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Yu-Hsuan Tsai, predavač organske kemije na Sveučilištu Cardiff
