Bakterijski toksin star 100 miliona godina mogao bi preoblikovati kontrolu štetočina i otkrivanje antibiotika

U svakom dvorištu, parku i igralištu na Zemlji, tlo je puno bakterija zvanih Streptomyces — jednog od najzastupljenijih organizama na planeti. Iako su ovi mikrobi koji žive u zemlji poznati po proizvodnji mirisa zemlje koji ispunjava vazduh nakon kiše, taj poznati miris je samo vrh ledenog brega.

Streptomyces su zapravo prirodne farmaceutske fabrike, odgovorne za proizvodnju mnogih jedinjenja protiv raka, imunosupresanata i antibiotika korišćenih u klinikama širom sveta. Međutim, nova studija sugeriše da je njihov hemijski repertoar još složeniji nego što se smatralo.

Preporučujemo

Novootkriveni toksin koji ubija insekte

Istraživači sa Univerziteta Mekmaster, iz Bostonske dečje bolnice i Harvardske medicinske škole, u saradnji sa Stokholmskim univerzitetom i Univerzitetom Jejl, identifikovali su i opisali novu klasu toksina koje proizvode Streptomyces – sa veoma dalekim vezama sa smrtonosnim toksinom koji uzrokuje difteriju, tešku i zaraznu infekciju, kod ljudi.

Iako su strukturno slični difteričnom toksinu, ovi novootkriveni toksični proteini ne izazivaju bolest kod ljudi. Međutim, ubijaju širok spektar insekata. „Ovi toksini, koje smo nazvali Streptomyces antiquus insekticidni proteini (SAIP) pogađaju samo ćelije insekata“, kažu naučnici.

Kako toksini ciljaju insekte

Da bi razumeli zašto su SAIP toksični samo za insekte, istraživači su koristili tehnologiju modifikovanja gena CRISPR kako bi otkrili faktore neophodne za toksičnost. Sistematskim isključivanjem gena u ćelijama insekata, identifikovali su površinski protein nazvan „cvet“.

Iako verzije ovog gena postoje u drugim organizmima, verzija specifična za insekte je jedini poznati receptor za SAIP. Ovi toksini ne mogu ući u ćelije bez njega, zbog čega nemaju efekta na ljude.

Putem bioinformatičkih, genomskih i evolucionih analiza, istraživački tim je pratio pojavu ovih ranije nepoznatih toksina kroz vreme i utvrdio kad su Streptomyces razvile sposobnost da ih proizvode. Otkrili su da su SAIP zapravo drevni, stariji od 100 miliona godina.

Drevna istorija ovih toksina sugeriše mogućnost da su imali ulogu u oblikovanju ljudske bolesti, mada to ostaje spekulativno, kažu istraživači. „Znamo da je bakterija koja izaziva difteriju preuzela toksin od druge vrste bakterija davno, pa je moguće da su ovi Streptomyces toksini bili put za konačnu pojavu difteričnog toksina“.

Od partnera do patogena

Treba naglasiti da ne proizvode sve vrste Streptomyces ove toksine — u stvari, velika većina vrsta živi u harmoniji sa insektima. Ta sposobnost je izgleda ograničena na mali broj specifičnih loza unutar ogromnog roda.

„Streptomyces su prvenstveno poznate po prijateljskim odnosima sa insektima, ali smo otkrili grupu sojeva koja su verovatno patogeni za insekte“, kažu autori studije.

Ovi sojevi su razvili veoma specijalizovanu ulogu u prirodi. Ne samo da ubijaju insekte — takođe su izuzetno efikasni u konzumaciji insekata, korišćenju svojih mrtvih domaćina kao izvora bitnih nutrijenata.

Dok ovi specijalizovani sojevi Streptomyces razgrađuju tkivo insekata, istovremeno proizvode moćne antimikrobne hemikalije — verovatno da bi odvratili suparničke mikrobe.

Zbog toga istraživači veruju da ovi sojevi Streptomyces povezani sa insektima mogu biti uveliko neiskorišćen izvor novih antibiotika ili drugih medicinski korisnih molekula. Ranije istraživanje je već identifikovalo jedan broj obećavajućih antibiotika koje proizvode drugi sojevi Streptomyces, što daje optimizam u pogledu kliničkog značaja ovih novih hemikalija.

Potencijalne primene u medicini i poljoprivredi

Osim toga, otkriće SAIP je važno jer bakterijski toksini mogu imati implikacije dalje od bolesti. Botulinski toksin — poznat kao botoks — ima nekoliko medicinskih i kozmetičkih primena, dok se drugi bakterijski toksini koriste u imunologiji, poljoprivredi i biotehnologiji.

„Ovo sad je osnovno naučno otkriće, ali bi u budućnosti moglo imati neke zaista praktične primene. Toksin poput ovog bi mogao pomoći u kontroli prenosilaca ljudskih bolesti, kao što su komarci, koji mogu prenositi malariju i vurus Zapadnog Nila, ili bi se mogao koristiti za zaštitu useva od insekata. Mogao bi se koristi na razne načine“, kažu naučnici.

Otkriće je već patentirano i počinju da se istražuju potencijalni putevi komercijalizacije — naročito u poljoprivredi, gde je potražnja za insekticidnim toksinima obično velika.

U međuvremenu, istraživači ispituju kako se SAIP ponašaju u složenijim biološkim situacijama, uključujući eksperimentalne modele sa cvrčcima i brašnarima — organizmima koji su pogodni modeli za proučavanje infekcije i toksičnosti.

Ove studije takođe omogućavaju izolaciju antimikrobnih supstanci koje luče sojevi Streptomyces proizvođači toksin, što će pomoći da se bolje razume njihov klinički potencijal.

Ipak, bez obzira na rezultate budućih istraživanja, samo otkriće je značajno istraživačko dostignuće i pokazuje koliko je još ostalo da naučimo o bakterijama.

„Pronalazak nečeg tako novog u jednoj od najzastupljenijih i najbolje proučenih grupa bakterija na svetu ističe koliko malo zapravo znamo o njima. Ovaj toksin je moćan podsetnik da su bakterije neverovatno raznovrsni organizmi, sa sposobnostima koje nastavljaju da nas iznenađuju“, kažu autori studije.

(Telegraf Nauka/Phys.org)