Razkošna večerja leta 1919, ki je zahtevala pet življenj. Zanimiv poskus rešitve konzervne industrije v dvajsetih letih prejšnjega stoletja. Program biološkega orožja iz druge svetovne vojne in operacija CIA proti Fidelu Castru. Kozmetični izdelek, ki odpravlja gube in je zrasel v večmilijardni posel. Nova analiza več kot 1000 bakterijskih genomov na zanimiv način povezuje te na videz med seboj oddaljene dogodke. Pred dnevi so na straneh revije Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) objavili nove rezultate, ki kažejo, kako so raziskovalci nehote spremenili evolucijo nevarne bakterije, ki je tako pridobila znaten medicinski in komercialni potencial.
Raziskave, ki so se razcvetele iz tragedije
Zadevni mikrob je Clostridium botulinum, katerega nevrotoksin prekine komunikacijo med živci, zaradi česar se mišice paralizirajo, žrtve pa se zadušijo. Če gledamo razmerja na gram, je toksin, znan kot BoNT, ena najsmrtonosnejših znanih naravnih snovi. Še nevarnejše pa je to, da se lahko spore bakterije C. botulinum v okoljih brez kisika – na primer v konzervirani hrani – »prebudijo« in razvijejo v bakterije, ki proizvajajo toksin.
Točno to se je zgodilo s sporami, ujetimi v kalifornijskih konzerviranih olivah, med veliko zastrupitvijo z olivami leta 1919, v kateri so po večerji umrli detroitski industrialec Murray Sales in njegova žena, njuna dva otroka, gost in dve služkinji. V dveh drugih zveznih državah je zaradi konzerv umrlo še devet ljudi. Tragedije so pomenile resno grožnjo cvetoči konzervni industriji in sprožile nov val mikrobioloških raziskav, pripeljale pa so tudi do sprejetja kalifornijskega zakona, ki je industrijo zavezal, da izdelke obdeluje pri višji temperaturi. Med raziskovalci, ki so se pridružili boju, je bil Ivan Clifford Hall, bakteriolog Univerze v Kaliforniji, ki je sestavil zbirko izolatov bakterije C. botulinum.
Eden od sevov, imenovan Hall A, je postal pomembno laboratorijsko delovno orodje, ki so ga znova in znova razmnoževali. Pri tem se je udomačil – evolucija, ki jo je usmerjal človeški poseg, ga je preoblikovala, tako kot nešteto drugih rastlin, živali in mikrobov. Sev Hall A je izgubil sposobnost tvorbe spor, kar je strokovnjakom olajšalo čiščenje BoNT, poleg tega pa je proizvajal izjemno velike količine toksina. Zaradi teh lastnosti je Hallov znameniti bakterijski sev postal ljubljenec ameriških vojaških raziskovalcev, ki so ga leta 1942 začeli uporabljati za izdelavo biološkega orožja in cepiva proti botulizmu.
Vojska je sev Hall A delila tudi z drugimi. V začetku šestdesetih let je CIA začela – na koncu izjalovljeno – operacijo za umor kubanskega voditelja Fidela Castra, pri kateri so škatlo cigar okužili s strupom BoNT. (Združene države so leta 1969 opustile program biološkega orožja in tri leta pozneje podpisale konvencijo o prepovedi biološkega orožja.) Približno v istem času je vojaški raziskovalec s seboj odnesel kulturo seva Hall A, ko je svoj sedež prestavil na Univerzo Wisconsin. Zaloge je delil tudi s kalifornijskim očesnim zdravnikom, ki je izvajal poskuse na opicah, da bi preučil, ali lahko BoNT sprosti očesne mišice, v upanju, da bo našel zdravilo za poševnost očesne osi, torej škiljenje.
»To je resnično zgodba, v kateri so meče prekovali v lemeže«
– pravi mikrobiolog Paul Keim z Univerze Severne Arizone (NAU), prvi avtor nove študije.
Nenavadne koristi in pravni boji
V osemdesetih letih 20. stoletja so britanski mikrobiolog Andy Pickett in sodelavci v sodelovanju z farmacevtskimi podjetji uspešno dokazali, da je mogoče škiljenje pri ljudeh zdraviti z drobnimi odmerki toksina BoNT, ki ga proizvaja sev Hall A – z milijardinkami grama. Leta 1989 je ameriška Uprava za hrano in zdravila (FDA) očiščeni toksin odobrila za zdravljenje škiljenja in krčev vek.
A na tej točki se je zgodilo nekaj zelo zanimivega:
»Nekateri bolniki so poročali, da je zdravljenje odpravilo njihovo migreno in da so izginile tudi gube na obrazu«
– se spominja Pickett. Izkazalo se je, da botoks – kot zdravilo imenujejo danes – v drobnih količinah začasno paralizira tudi obrazne mišice, ki povzročajo gube okoli oči, na čelu in okoli nosu.
Botoks je dandanes le eden od več deset izdelkov z učinkovino BoNT, v zvezi s katerimi so med proizvajalci izbruhnili tudi številni pravni boji glede lastninskih pravic in proizvodnih skrivnosti. Picketta in Keima so v več takšnih zadevah poklicali kot strokovna pričevalca. Slednji je prej v sodelovanju z FBI sodeloval pri preiskavi izvora antraksa, uporabljenega v nizu napadov leta 2001.
Da bi pomagal razkriti razlike med spornimi sevi, je Keim odvetnikom predlagal, naj k delu povabijo tudi Richarda Lenskija, evolucijskega biologa z Državne univerze Michigan, ki je leta 1988 sprožil danes znameniti poskus, v katerem je spremljal 12 identičnih populacij bakterije Escherichia coli in dokumentiral, kako se razvijajo skozi desetletja. (Raziskava še vedno poteka, skoraj 85 tisoč generacij pozneje.)
Evolucija v petrijevki
V okviru dela v tej zadevi so raziskovalci na podlagi javno dostopnih zaporedij genomov in genomov, ki so jih sami zaporedili, sestavili družinsko drevo bakterije C. botulinum.
Ugotovili so, da sev Hall A in njegovi komercialni potomci ležijo na presenetljivo obsežni veji družinskega drevesa, kar kaže, da so se sevi te rodovne linije mutirali precej hitreje kot njihovi sorodniki.
»To me je spomnilo na tisto, kar smo opazili pri poskusih z bakterijo E. coli« – pojasnjuje Lenski. V teh raziskavah je imelo nekaj laboratorijsko gojenih sevov, ki so se začeli mutirati hitreje kot običajno, napako v genu, ki sodeluje pri popravljanju DNK. Na Lenskijev predlog sta Keim in Jason Sahl, raziskovalec mikrobnih genomov na NAU, preučila ta gen, da bi poiskala podobne napake pri sevu Hall A in njegovih bližnjih sorodnikih. In res sta jo našla: mutacijo v genu z imenom mutS.
Po Keimovih besedah se je mutacija verjetno zgodila, ko je Hall delal s sevom. V naravi bi verjetno hitro izginila, v laboratoriju pa je uspevala, deloma zato, ker so strokovnjaki dajali prednost kulturam bakterije C. botulinum, pri katerih se je učinek mutacije izrazil. mutS namreč preprečuje, da bi C. botulinum zapravljala energijo za tvorbo spor, tako da se bakterije dobro razmnožujejo in proizvajajo nenavadno velike količine toksina. Presnovne poti bakterij so zdaj natančno prilagojene laboratorijskemu življenju, v nasprotju z življenjem v naravi, pravi Keim.
»To delo resnično zapolnjuje fantastično vrzel v znanju« – pravi Pickett, ki je zdaj upokojen in v raziskavi ni neposredno sodeloval. Raziskava ponuja precej več kot le vpogled v zgodovino Hallovega seva in selekcijo, ki jo usmerja človek, pravi Hong Lei, oftalmolog in nevrolog, specializiran za motnje gibanja, ki toksin BoNT uporablja za različne medicinske namene.
»Rezultati poudarjajo, da biološke terapije izvirajo iz živih organizmov, katerih neprestana evolucija lahko vpliva na proizvodnjo, doslednost izdelka in prihodnji razvoj zdravil«
– pravi Lei.
Pickett je še posebej vesel, da raziskava postavlja v ospredje vlogo Halla, ki je po njegovem nezasluženo pozabljen junak zgodbe o botoksu in sorodnih zdravilih. Čeprav je del Hallove »neverjetne« zbirke anaerobnih organizmov prišel tudi v druge laboratorije, jih večina ne obstaja več. Razkritje genetike seva Hall A je lepa poklon precej skrivnostnemu raziskovalcu, pravi Pickett.
