18. června 2015 6:25 Lidovky.cz > Relax > Věda

Vědci vyrábí chytré bakterie.
Mají pohlídat naše zdraví

  • Poslat
  • Tisk
  • Redakce
  • 0Diskuse
Bakterie (ilustrační foto) | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Bakterie (ilustrační foto) | foto: Shutterstock
Mikroby vnímáme většinou jako hrozbu pro naše zdraví. V laboratořích genových inženýrů ale vznikají bakterie, které by měly hlídat zdravotní stav lidí.

Naše soužití s mikroby má dvě tváře. Tu nechvalně proslulou reprezentují původci infekčních chorob, jako jsou mor, tuberkulóza nebo tetanus. Druhá, přívětivější na sebe bere podobu obrovského počtu bakterií, jež žijí v našem organismu a prospívají nám. Pomáhají nám trávit potravu, posilují imunitní systém a brání nás proti infekcím.

Tým francouzských a amerických vědců pod vedením Jeroma Bonneta z univerzity v Montpellieru vytvořil v laboratoři bakterie, které by mohly v budoucnu ovlivňovat naše zdraví na „třetí frontě“. Zaskočí za školené laboranty a složité aparatury. Měly by pacientům hlídat zdravotní stav v jednoduchých domácích testech. Vědci pro tento účel vybudovali v bakteriích „logické obvody“ amikrobi vyhodnocují situaci podobně jako mikroprocesory. Zatímco elektronické přístroje pracují díky tranzistorům, nové bakterie mají jejich „živou“ náhražku označovanou jako transkriptory. 

Živé tranzistory

Kombinací několika tranzistorů lze v elektronických obvodech vytvořit tzv. logický člen. Ten přijímá několik signálů a reaguje na jejich různé kombinace logickou odpovědí. Například tzv. konjunktor vydává signál na výstupu pouze v případě, že dostává signál do každého ze dvou vstupů. Pokud jeden ze vstupů signál neobdrží, je celkem jedno, jak je na tom druhý vstup. Na výstupu se nic neděje.

Je to podobné, jako kdybychom chtěli mít ve výstupu chemické syntézy molekuly vody. Na jednom ze vstupů by se musely objevit molekuly vodíku a na druhém pak molekuly kyslíku. Pokud některá ze vstupních surovin chybí, výsledný produkt se nevytvoří.

Pracovník německé laboratoře testuje přítomnost bakterie Escherichia coli.

Informatici kombinují různé logické členy tak, aby zvládaly řešení i velmi komplikovaných situací. Všechna elektronika, která nám dnes zpříjemňuje život, pracuje s využitím tranzistorů a logických členů.

Jerome Bonett pracoval během stáže na Stanfordově univerzitě v týmu Drewa Endyho a podílel se na vývoji a praktickém odzkoušení genetické obdoby tranzistoru. Zatímco tranzistor reaguje na elektrické signály, jejich živý protějšek transkriptor reaguje na přítomnost různých molekul.

Vědci zajistili v buňkách produkci vybrané kombinace enzymů, které v reakci na přítomnost určitých molekul aktivují jeden gen. Právě aktivita tohoto genu je výstupem genetického tranzistoru. Kombinací několika transkriptorů vytvářeli v buňce obdobu logických členů elektronických obvodů. Takto naprogramovaná buňka reaguje na různé vstupní informace podobně jako mikroskopická kalkulačka.

Kalkulačky v bakteriích

Teoreticky lze vytvářet v buňkách „živé počítače“. Ty by ale před tradiční elektronickou konkurencí neobstály. Byly by pomalé a nevýkonné. To ale neznamená, že buněčné „kalkulačky“ nenajdou praktické uplatnění. Jerome Bonett a jeho spolupracovníci jim studií publikovanou ve vědeckém časopise Science Translational Medicine otevřeli cestu do lékařské diagnostiky.

Včasné odhalení choroby a další sledování jejího vývoje se v mnoha případech neobejde bez rozborů krve nebo moči prováděných ve specializovaných laboratořích. Analýzy bývají náročné a drahé. Hledá se za ně proto náhražka, která by byla přinejmenšímstejně přesná a spolehlivá, ale vedle toho i levná a jednoduchá natolik, aby si mohl pacient provádět analýzy sám doma.

Buňky se zdají pro tyto účely předurčené. Jsou od přírody obdařeny schopností reagovat na přítomnost nejrůznějších molekul vyskytujících se v jejich okolí. Vědci však musí tyto „talentované žáky“ k provádění analýz nejprve „naprogramovat“.

Bonett a jeho spolupracovníci vpravili do bakterií Escherichia coli nebo Bacillus subtilis geny, podle kterých se v buňkách mikrobů vytvořily transkriptory uspořádané do logických členů. Bakterie reagovaly na signál v podobě různých molekul, „digitalizovaly“ si ho a následně jej zesílily. Vnitřní „kalkulačka“ sestavená z transkriptorů signál zhodnotila a výsledek uložila do genetické paměti, kde ho udržela po několik měsíců.

Mikrob hlídá cukrovku

Skutečnou zkoušku ohněmprodělala „živá kalkulačka“, když dostala za úkol hlídat hladiny cukru glukózy v moči pacientů s cukrovkou. Vědci získali vzorky moči od zdravých lidí i od pacientů, kterým byla právě diagnostikována cukrovka, a ještě se nezačali léčit. Tito lidé měli v moči zvýšený obsah glukózy.

Bonett a jeho spolupracovníci nasadili do zvláštních gelových kuliček bakterie se zabudovanou vnitřní „cukrovou kalkulačkou“. Gel s mikroby pak vystavili naředěným vzorkům moči. Pro kontroluměřili obsah cukru v moči i tradiční metodou pomocí detekčních papírků.

Vnitřní „kalkulačka“ bakterií odhalila zvýšené hladiny glukózy u diabetiků a reagovala na ně aktivací genu pro produkci červeně fluoreskující barviva. I když vědci nemohli vidět jednotlivé bakterie, jejich reakci nepřehlédli. Gelové kuličky vystavené moči diabetiků nabraly červenavý odstín.

Diagnostické soupravy využívající bakteriální „kalkulačky“ se zřejmě v dohledné době nedočkají praktického uplatnění, i když jejich citlivost ke glukóze je několikanásobně vyšší než u detekčních papírků. Vědci chtěli jen ukázat, že celý systém funguje a poradí si i s tak různorodým materiálem, jako je lidská moč nebo krevní sérum. A při tom Bonett a spol. uspěli. Jejich transkriptory a živé logické členy teď mohou využít další vědecké týmy jako „součástky“ pro konstrukci nových „buněčných kalkulaček“.

Cílem je vpravit logické členy z transkriptorů do buněk pacienta, aby hlídaly najednou více ukazatelů zdravotního stavu a v případě potřeby produkovaly léky potřebné ke zvládnutí nastalých zdravotních komplikací. Buněčné kalkulačky by nás mohly chránit nejen před diabetickým záchvatem, ale jednou třeba i před infarktem myokardu nebo rakovinou.

JAROSLAV PETR, autor je profesorem České zemědělské univerzity
  • 0Diskuse




REGISTRACE NA SERVERU LIDOVKY.CZ, NEVIDITELNÉM PSU A ČESKÉ POZICI

SMS Registrace

Diskuse LN jsou pouze pro diskutéry, kteří se vyjadřují slušně a neporušují zákon ani dobré mravy. Registrace je platná i pro servery Neviditelný pes a Česká pozice. více Přestupek znamená vyřazení Vašeho telefonního čísla z registrace a vyřazený diskutér se již nemůže přihlásit ani registrovat pod stejným tel. číslem. Chráníme tak naše čtenáře a otevíráme prostor pro kultivovanou diskusi.
Viz Pravidla diskusí. schovat

Jak postupovat

1. Zašlete SMS ve tvaru LIDOVKY REG na číslo 900 11 07. Cena SMS za registraci je 7 Kč. Přijde Vám potvrzující SMS s heslem.

2. Vyplňte fomulář, po odeslání registrace můžete ihned diskutovat

Tel. číslo = login,
formát "+420 xxx xxx xxx"
Kód ze SMS je rovněž heslo
Vaše příspěvky budou označeny Vaším jménem, např. K. Novák.
* Nepovinný.
Odesláním souhlasíte s Pravidly diskusí.