Bakterije koje pretvaraju otpadnu plastiku u lijekove protiv bolova

Naime, jedan uobičajeni bakterij je genetski modificiran da "jede" molekul izveden iz plastike, a zatim ga probavi i pretvori u svakodnevni lijek protiv bolova – paracetamol.

Mikroorganizam koji je koristio profesor hemijske biotehnologije sa Univerziteta u Edinburghu, Stephen Wallace, bio je Escherichia coli, poznatiji kao E. coli.

Ova štapićasta bakterija prirodno se nalazi u crijevima ljudi i životinja, a većina je poznaje kao uzročnika trovanja hranom ili drugih infekcija.

Međutim, prof. Wallace ju je odabrao jer se određeni sojevi E. coli koji nisu patogeni široko koriste u biotehnološkim i inženjerskim laboratorijama da bi se testiralo da li neka ideja uopšte može funkcionisati.

"E. coli je radni konj ovog polja", kaže prof. Wallace, koji ju je već genetski modificirao u laboratoriji kako bi od plastičnog otpada proizveo aromu vanilije, a od masnih otpadaka iz kanalizacije – parfem.

"Ako želite dokazati da je nešto moguće uraditi pomoću biologije, E. coli je prirozan prvi korak," kaže on.

Upotreba ove bakterije nije ograničena samo na laboratorije. Industrijski, ogromne posude genetski modificirane E. coli djeluju kao "žive fabrike" koje proizvode različite proizvode – od lijekova kao što je insulin, ključnog za liječenje dijabetesa, do hemikalija koje se koriste za proizvodnju goriva i rastvarača.

Kako je E. coli postala okosnica biotehnologije?

Thomas Silhavy, profesor molekularne biologije sa Univerziteta Princeton, koji već 50 godina proučava ovu bakteriju, kaže da je E. coli postala dominantna jer je služila kao model-organizam za razumijevanje osnovnih bioloških principa.

Ostali poznati modeli uključuju miševe, voćne mušice i pekarski kvasac. Kvasac je, poput E. coli, postao neprocjenjiv alat u biotehnologiji – ali ima složeniju ćelijsku strukturu i drugačije primjene.

E. coli je prvi put izolirao njemački pedijatar Theodor Escherich 1885. godine dok je proučavao mikroorganizme u crijevima novorođenčadi. Brzo rastuća i jednostavna za rad, uskoro je postala alat za izučavanje osnovne bakteriološke biologije.

U 1940-im godinama, kako Silhavy kaže, "sreća" ju je katapultirala u središte nauke.

Soj E. coli K-12, koji nije patogen, iskorišten je za demonstraciju da bakterije ne samo da se dijele, već mogu razmjenjivati i kombinovati gene – proces poznat kao "bakterijski seks".

Bio je to ključni trenutak u nauci, i E. coli je postala omiljena među biologima.

Od genetskog koda do insulina

U decenijama koje su uslijedile, E. coli je igrala ključnu ulogu u mnogim otkrićima. Pomoću nje je dešifriran genetski kod, a 1970-ih postala je prvi organizam koji je genetski modificiran, kad joj je ubačen strani DNK – postavivši temelje moderne biotehnologije.

Takođe je riješila veliki problem u proizvodnji insulina. Prije toga se insulin uzimao iz goveda i svinja, što je kod nekih pacijenata izazivalo alergijske reakcije. Godine 1978. proizveden je prvi sintetički ljudski insulin koristeći E. coli – ogromno dostignuće.

Godine 1997., E. coli je postala jedan od prvih organizama čiji je genom u potpunosti sekvenciran, što je dodatno olakšalo rad s njom.

Zašto je E. coli i dalje nezamjenjiva?

Adam Feist, profesor na Univerzitetu Kalifornija u San Diegu, koji proučava evoluciju mikroorganizama za industrijsku primjenu, kaže da posebno cijeni E. coli zbog njenih brojnih prednosti:

• Postoji ogromno znanje o njenim genima
• Jednostavno se genetski modifikuje
• Brzo raste i lako se uzgaja
• Može koristiti razne supstrate kao izvor energije
• Dobro podnosi zamrzavanje i ponovno oživljavanje
• Lako prihvata strani DNK

"Što više radim s drugim mikroorganizmima, to više cijenim koliko je E. coli robusna," kaže Feist.

Cynthia Collins iz kompanije Ginkgo Bioworks, koja pomaže firmama u razvoju biotehnoloških proizvoda, kaže da se E. coli još uvijek često koristi u industriji jer je ekonomična i efikasna.

"Možete dobiti ogromne količine proizvoda", kaže ona. Ako bakterija proizvodi nešto toksično za nju samu, tolerancija se može genetski povećati.

Da li previše zavisimo od E. coli?

Neki naučnici, međutim, smatraju da dominacija E. coli možda sputava biotehnološki napredak jer zanemarujemo druge mikroorganizme koji možda prirodno rade ono što mi pokušavamo postići modifikacijom.

Paul Jensen, mikrobiolog i inženjer sa Univerziteta u Michiganu, analizirao je koliko su druge bakterije zapostavljene u odnosu na E. coli.

"Tolika smo duboko fokusirani na E. coli da ignorišemo druge mogućnosti", kaže on.

Navodi da bioprospecting – istraživanje mikroorganizama u odlagalištima otpada – može otkriti bakterije koje već jedu plastiku i druge vrste otpada, ili čak proizvode cement, gumu ili materijale koje još nismo ni zamislili.

Naprimjer, bakterije iz naših usta daleko bolje podnose kiseline nego E. coli.

Novi konkurent: Vibrio natriegens

Jedan alternativni mikroorganizam koji dobija pažnju je Vibrio natriegens (V. nat). Prvi put je izoliran 1960-ih u slanim močvarama u američkoj saveznoj državi Georgija, ali je zanemaren sve do sredine 2010-ih.

Njegova ključna prednost: rastu dvostruko brže od E. coli.

Buz Barstow, biološki i ekološki inženjer sa Univerziteta Cornell, koji ga proučava, kaže da je razlika u odnosu na E. coli kao "od konja do automobila".

"E. coli nas neće odvesti do održivih rješenja poput pretvaranja CO₂ u mlazno gorivo, proizvodnje zelene električne energije ili rudarenja rijetkih metala. V. natriegens možda hoće", kaže on.

Njegov tim je ove godine pokrenuo kompaniju Forage Evolution koja razvija alate za lakšu genetsku modifikaciju V. nat.

Ali E. coli je teško zamijeniti

Prof. Feist priznaje da V. nat ima sjajna svojstva, ali dodaje da još nema razvijene genetske alate, niti se dokazala u industrijskim razmjerima.

"Zamijeniti E. coli nije nimalo jednostavno", zaključuje Feist.

(Vijesti.ba)