Kellegi geneetilise programmeerimise muutmine on lihtsam kui võite arvata. Kuigi DNA muutmise molekulaarsel tasemel tehnikaid hakatakse üha enam kasutama, on võimalik ka geenid lihtsalt sisse või välja lülitada, ilma et nende aluseks olevat geneetilist materjali püsivalt muudaks. See tähendab, et saame mõjutada geneetilisi juhiseid, mis organismi kehasse saadetakse, muutes selle keskkonda või ravimite abil.
See epigeneetika valdkond aitab arstidel juba mõista, kuidas teatud haigused toimivad, miks võib treenimine olla nii kasulik ja kuidas me võiksime muuta vananemisprotsessi. Kuid koos kolleegidega proovime uurida epigeneetika rolli bakterites.
Uurisime hiljuti bakteriaalse epigeneetika mõjutamise viisi, mis aitaks nakkusi peatada ilma antibiootikume kasutamata. Ja arvestades, et paljud bakterid muutuvad olemasolevate antibiootikumide suhtes resistentseks, võib see avada uue olulise viisi haiguste raviks.
Meie uuringus vaadeldi bakterit Acinetobacter baumannii, mis on peamine nakkuste põhjus, mida inimesed saavad haiglates tabada, ja mis tapab kuni 70 protsenti sellesse nakatunud inimestest. Antibiootikumid ei tööta enam mõnes A. baumannii tüves - ja Maailma Terviseorganisatsioon kuulutas selle hiljuti suurimaks bakteriaalseks ohuks inimeste tervisele.
Meil on juba mõned niinimetatud viirusevastased ravimid, mis ei tapa baktereid, kuid muudavad need kahjutuks, nii et keha immuunsussüsteem suudab need ravimitest resistentsuse saamiseks puhtaks teha, ilma et nad midagi maha jätaks. Kui välja töötada viis, kuidas mõjutada bakterite epigeneetikat ja muuta need vead kahjutuks, võiksime aidata meil luua uusi viirusevastaseid ravimeid, mis annaksid meditsiinile tohutu panuse.
Selle protsessi alustamiseks pöördusime kõigepealt inimese epigeneetika poole. Kõige levinum viis meie epigeneetika mõjutamiseks on lisada meie geneetilisele materjalile väike molekulaarsild, mis lülitab sisse või välja seotud geeni. Eelkõige võime olulisele valgule, milleks on histoon, lisada atsetüülrühmana tuntud silt.
Atsetüülmärgise lisamine histoonile (CNX OpenStax, CC BY) Histoon korraldab meie 2 m pikkused DNA molekulid nii, et need mahuksid kenasti meie 100 mikromeetri pikkustesse rakkudesse. Atsetüülmärgise lisamine on loomulik mehhanism, mida rakud kasutavad, et muuta histooni DNA-ga suhtlemist. Atsetüülmärgiste lisamine aktiveerib tavaliselt teatud geenid, see tähendab, et need muudavad raku käitumist. Selle histooni modifitseerimise protsessi ebaõnnestumised on seotud vähkkasvajate, südame-veresoonkonna haiguste ja paljude neurodegeneratiivsete häiretega.
Bakterirakkudel on oma versioon histoonist, mida tuntakse nimega HU, mis korraldab nende DNA ja osaleb kõigi selle funktsioonide toimimises. Bakterid, millele viidatakse kui gram-positiivsetele, nagu need, mis meie seedesüsteemis aitavad meil toitu lagundada, ei suuda ilma HU tööta ellu jääda. Ja gramnegatiivsed bakterid, mis meid tüüpiliselt halvaks teevad, näiteks Salmonella enterica, muutuvad ilma HU-ta palju vähem kahjulikuks.
Uued ravimid
Meie uuringus leidsime, et atsetüülmärgise lisamine HU-le mõjutas märkimisväärselt selle interaktsiooni DNA-ga. See tähendab, et on väga tõenäoline, et selline modifitseerimine muudab epigeneetilisi muutusi, mõjutades seda, kuidas bakterid kasvavad ja nakatavad teisi organisme. Nii et kui me suudame luua ravimeid, mis muudavad bakteriaalsetes valkudes sel viisil muudatusi, võiksime olla uus viis infektsioonide peatamiseks.
See on meditsiinis praegu tõeliselt oluline väljakutse, sest antibiootikumide suhtes resistentsed bakterid tapavad kogu maailmas 700 000 inimest aastas. Kui me ei leia uusi ravimeetodeid, võib aastane surmade arv 2025. aastaks tõusta 10 miljonini.
Kui oleme kontrollinud seost spetsiifiliste epigeneetiliste muutuste ja bakteriaalse infektsiooni vahel, võime hakata otsima aineid, mis muudavad bakterite epigeneetikat sel viisil, et muuta need vähem kahjulikuks. Kliinilise arengu käigus või kliinilistes uuringutes on juba mitu molekuli, mis on suunatud inimese epigeneetikale sarnasel viisil. Nii et ravim, mis “lülitab välja” bakterite võime nakkusi põhjustada, ei pruugi olla liiga kaugel.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
Yu-Hsuan Tsai, orgaanilise keemia lektor, Cardiffi ülikool
