Mostanáig, az emberrel együtt, mintegy 40 élőlény teljes genetikai anyagát ismeri a tudomány, ezek többsége baktérium, méghozzá betegséget kiváltó kórokozó. Egy, a Nature című brit tudományos folyóiratban január végén megjelent cikk a kólibaktérium O157:H7-es törzsének – az úgynevezett hamburgerkólinak – a genomszekvenciáját közli. A veszélyes ételfertőzéseket okozó mikroba genomját az amerikai Wisconsini Egyetem genetikusai írták le először.
A baktériumok genomja, ha azt könyvnek képzeljük el, 4-5 millió betűből áll. A betűk mondatokat alkotnak – ezek a gének. Egy kólihoz hasonló betegségokozó baktérium általában 4-5 ezer génnnel rendelkezik.
EGYEDI MEGOLDÁSOK. Az Escherichia coli-nak több száz változata (törzse) létezik, ezek egyike a laboratóriumokban használt ártalmatlan kóli, amely a legjobban ismert élőlénynek számít a világon. Mivel ez a parány legalább 60 éve a kutatások kedvelt alanya, a benne zajló biokémiai reakciók 80 százaléka összefüggéseiben is feltárt folyamat. A laboratóriumi kólitörzs géntérképe 1997-ben készült el, és az az eredmény is a Wisconsini Egyetemen született, ugyanott, ahol most elkészült a kóli esetlegesen halálos fertőzést okozó, fent említett törzsének géntérképe is. Az amerikai laboratóriumokban a génszekvencia kiolvasása jórészt automatikus úton történt, akadtak azonban olyan szakaszok is a baktériumkromoszómán, ahol a kód megismeréséhez egyedi megoldásokra volt szükség. Ilyeneket szállított a wisconsiniaknak a Szegedi Biológiai Központ. A genetikusai által kidolgozott génmódosításos módszerek jócskán hasznosnak bizonyultak a géntérképezési munkában. Mire is használható a hamburgerkóli géntérképe? Pósfai György, a szegedi intézet molekuláris biológusa szerint különleges helyzetet teremt, hogy ugyanannak a baktériumnak két törzsét is ismerik, a két géntérképet ugyanis így töviről-hegyire össze lehet hasonlítani. A 4-5 ezer gén összevetéséből például kiderül, hogy az alap génkészlet rendkívül hasonló, jóformán azonos a két törzs esetében. Ezen felül azonban a kromoszómában olyan szigetszerű betoldások is megfigyelhetők, amelyek eltérő géneket hordoznak. A patogén – kórokozó – baktérium például rengeteg olyan génnel rendelkezik, amely a betegségkeltő fegyvertár létrehozásban játszik szerepet: így toxintermelő génjeik, vagy a gyomorsavat semlegesítő fehérjét kódoló DNS-szakaszaik vannak. Bár a nevezetes tüneteket (lásd keretes írásunkat) kifejtő toxin génje már korábban ismert volt, most több tucat egyéb, a betegségkeltésben fontos szerepet játszó gént is sikerült azonosítani, amelyeknek az esetleges védőoltás kifejlesztésében lehet szerepük. A baktérium felszíni fehérjéinek ismeretében ugyanis ezeket egyenként meg lehet vizsgálni, és kideríthető, hogy melyik vált ki erőteljes immunválaszt; a klónozott fehérje aztán fölhasználható a vakcina előállítására.
ŐSKÓLI. Az ártalmas és a laboratóriumi kóli kromoszómái közötti szigetszerű különbségek ismeretében Pósfai György most olyan baktériumot próbál előállítani, amely csak a közös géneket tartalmazza. Ez a baktérium – amelyet a kutató egyfajta őskólinak nevez – a szegedi laborban kidolgozott módszerek alapján készül: a genetikusok a kórokozó kromoszómájából bizonyos szakaszokat sebészi pontossággal kivágnak. Ezt valójában a baktérium saját kromoszómajavító mechanizmusainak becsapásával érik el (lásd az ábrát). A szegedi kutatók a különbségként azonosított 12 nagyobb kromoszómasziget közül 11-et már eltüntettek a kóliból; ennek következtében a baktérium genetikai állományának mérete 8 százalékkal csökkent.
A minimalizált genetikai állománnyal rendelkező baktérium több szempontból is értékes lehet. Már ma is több értékes vegyületet – például emberi inzulint – termeltetnek a kóliban ipari méretekben. Egy egyszerűbb, kisebb mértékű változásra képes, stabilabb baktérium eltávolított génjei révén kevesebb felesleges fehérjét állítana elő; ezzel nemcsak hatékonyabban termelné a kívánt vegyületet, hanem annak megtisztítása, elválasztása is könnyebb lenne.
A hamburgerkóliAz Eschericia coli O157:H7 az ember bélirendszerében is élő kólibaktériumok közeli rokona, amely gyakran súlyos ételfertőzéseket okoz. A törzs 1982-óta ismert, amikor az Egyesült Államokban egy gyorsétterem-lánc vendégeit mérgezte meg. A kórokozó normális körülmények között a szarvasmarha bélrendszerének lakója, az állatnak nem okoz betegséget. Amennyiben azonban a vágóhidakon a béltartalom valamilyen módon rákerül a feldolgozott hús felületére, ott a baktérium megtelepedhet, és ha a sütés nem pusztítja el – márpedig erre darált hús esetében megvan az esély -, akkor súlyos betegséget okozhat az emberben. Érdekes, hogy az O157 rendkívül virulens: míg például Salmonellából több millió baktériumsejt kell a fertőzéshez, a hamburgekóliból néhány tucat is elegendő ahhoz, hogy aztán elszaporodhasson a szervezetben.
Az Egyesült Államokban évente 75 ezren fertőződnek meg vele, máshonnan azonban nem állnak rendelkezésre pontos adatok. Valószínű, hogy Magyarországon is rendszeresen előfordul, itt azonban az aluldiagnosztizáltság miatt sem lehet megbecsülni az esetek számát. Tömeges fertőzésre mindenesetre nálunk még nem derült fény, bár előfordult már, hogy egy szállodából 15-20 embert vittek kórházba a baktérium miatt. A hamburgekóli-fertőzés elsősorban a fejlett országok betegsége, ezért is irányul rá a figyelem; a fejlődő országokban a sok más egyéb betegség valószínűleg eltakarja a baktérium jelenlétét.
Elsősorban véres hasmenést okoz, ez általában 5-10 nap alatt spontán gyógyul. Felnőttekben nemigen tesz kárt, ám a kisgyermekekben és idősekben az esetek 5-10 százalékában olyan veseproblémákat okozhat, amelyek csak vérátömlesztéssel, vagy vesedialízissel kezelhetők. A hamburgerkóli olykor meg is ölheti a fertőzött személyeket: az Egyesült Államokban évente 60-70-re teszik a halálesetek számát. A legtöbb áldozatot egyszerre Skóciában szedte, itt egyetlen fertőzés során 21-en haltak meg.
VIRTUÁLIS SEJT. Pósfai György számára a gyakorlati alkalmazhatóságnál is érdekesebb kihívás az, hogy megtudja, mi az a minimális génkészlet, amely az élő sejt működéséhez szükséges. Bár léteznek a kólinál egyszerűbb baktériumok is, amelyeknek alig több mint 500 génjük van, azok azonban többnyire sejten belül élő paraziták, míg a kóli önálló életre képes. A baktérium több évtizedes vizsgálatának köszönhetően a benne zajló számos biokémiai folyamat ma már komputeres adatbázisokban is megtalálható és a sejt bizonyos viselkedéseit pontos matematikai modellek írják le. Ezek segítségével meg lehet jósolni, hogyan viselkedik majd a baktérium, génjei miként kapcsolnak be és ki bizonyos kémiai szignálok, vagy a környezeti tényezők változásának hatására. Pósfai György szerint előbb-utóbb elkészül majd egy, az egész baktériumra vonatkozó nagy, egységes matematikai modell, amely végül is egy virtuális kólisejtet eredményez. Ez aztán oda vezethet, hogy az ember kénye-kedve szerint programozhassa a sejtet. A modell ellenőrzéséhez azonban kísérleti igazolásra van szükség: a szegedi kutatók vizsgálatai pedig ehhez is segítséget nyújtanak, az általuk gyártott őskóli sejt a modell teszteléshez lehet kísérleti alap.
