Forradalmi áttörést hozhat a rák elleni küzdelemben egy baktérium

A daganatos megbetegedések leküzdése az orvostudomány előtt álló egyik legnagyobb kihívás, és annak ellenére, hogy napjainkban már számos ígéretes terápia létezik, mindeddig még nem sikerült valódi áttörést elérni az évente sok millió áldozatot követelő rettegett betegség elleni harcban. Egy közelmúltban megjelent tanulmány olyan merőben új megközelítést alkalmaz a tumorsejtek elpusztítására, ami akár forradalmi áttörést is jelenthet a rák ellen folytatott eddigi hosszú küzdelemben. A tanulmány szerint a veszélyes tumorsejteket egy anaerob baktériumfaj képes úgy megsemmisíteni, hogy eközben nem károsítja az egészséges sejteket.

Áttörést hozhat egy baktérium a rákellenes küzdelemben Fotó: AFP/Sciepro

Forradalmi áttörést jelenthet a tumoros megbetegedések kezelésében az az új a módszer, amelyről a kanadai Waterloo-i Egyetem szaktudósai az ACS Synthetic Biology szaklapban közzétett publikációjukban számolnak be.

                           Forradalmi jelentőségű lehet a rák elleni közdelemben a Clostridium sporogenes baktériummal kapcsolatos kutatás                                   Fotó: Fine Art America

Forradalmi áttörést hozhatnak a baktériumok a ráksejtek megsemmisítésében

A kutatócsoport a tumorsejtek leküzdésére a Clostridium sporogenes tudományos fajnevű baktériumot választotta ki. A Clostridium nemzetségbeli baktériumok a talajban élő úgynevezett anaerob mikroorganizmusok, amelyek jellemzően oxigénmentes környezetben élnek.

Az anaerob baktériumok olyan baktériumtípusok, amelyek oxigén jelenlétében nem képesek a túlélésre. Az anaerob baktériumok az anyagcseréjükhöz nitrogént, ként, vagy szén-dioxidot tartalmazó anyagokat használnak. Amennyiben az ilyen típusú vegyületek nem állnak rendelkezésre a környezetükben, egyes anaerob baktériumok fakultatív módon erjedéssel is képesek energiát előállítani, és az annak során keletkező cukrokat vagy más egyéb nagy energiájú szerves vegyületeket használják fel a túlélésükhöz.

A Waterloo-i Egyetem szaktudósai a kísérleteik során rájöttek arra, hogy a Clostridium sporogenes számára egy szilárd daganat belseje, ami oxigénmentes környezet és tele van elhalt sejtekkel, ideális, gyakorlatilag tökéletesnek mondható élőhely. 

Ráksejtek illusztrációja   Fotó: Science Photo Library via AFP/KATERYNA KON

„Ha a baktériumspórák bejutnak a daganatba, olyan környezetet találnak, ahol sok a tápanyag de nincs oxigén, amit ez az organizmus előnyben részesít, így elkezdi felfalni ezeket a tápanyagokat és ennek köszönhetően elkezd növekedni a kolóniájuk is” – magyarázza Dr. Marc Aucoin vegyészmérnök-professzor, a kanadai Waterloo Egyetem munkatársa, akit az Ilf Science tudományos hírportál idéz. „Tehát, miközben a kolonizáljuk velük ezt a teret, a baktériumok lényegében megszabadítják a testet a daganattól”- hangsúlyozza a professzor.

De mi lesz a testbe juttatott baktériumokkal azután, hogy elpusztították a tumort?

Kérdés, hogy mi történik, miután a folyamatosan növekvő baktériumkolónia teljesen felfalta már a tumort. A C. sporogenes baktériumnak oxigénmentes környezetre van szüksége amit meg is talál a tumoron belül, de miután elpusztította a daganatot és kijut a szervezetbe, ott viszont már oxigénben gazdag környezetbe kerül ahol emiatt azonnal elpusztul. 

A tudósoknak sikerült azonban  megoldást találniuk erre a problémára, méghozzá egy genetikai „varázslattal”. 

Először is egy másik baktériumból, az ugyancsak a Clostridium nemzetségbeli C. aminovalericum fajnevű mikrobából származó gént ültettek be a C. sporogenes baktériumba, amely e genetikai módosításnak köszönhetően már képessé vált az oxigént tolerálni, ami által a baktériumok hosszabb ideig túlélhetnek amikor a tumor külső széleit falják, ahol viszont érintkezésbe kerülhetnek az oxigénnel.

Oxigénrezisztenssé tették a C. sporogenes  baktériumot  Fotó: RobAid

 Ezt az eredményt már 2023-ban publikálták. 

Ám az is létfontosságú szempont, hogy az oxigénhez alkalmazkodni képes C. sporogenes nem váljon túl virulenssé. 

Ha ugyanis a baktériumok tökéletesen alkalmazkodnak az oxigénben gazdag környezethez, akkor már semmi sem akadályozza meg őket abban, hogy bekerülve a véráramba a test egyéb szervi rendszereiben is elszaporodjanak, azaz a daganat elpusztítása után egy újabb kihívással kell szembenézni. Ám a tudósok erre a problémára is találtak egy zseniális megoldást az új tanulmányukban, ami az úgynevezett kórumérzékelést, a baktériumok egy veleszületett különleges tulajdonságát alkalmazza.

Biológiai áramkör, amivel irányítható a baktériumok oxigénrezisztenciája

A kvórumérzékelés a baktériumok sajátos kémiai jeleken alapuló kommunikációjának az egyik módja. A kvórumérzékeléssel a mikrobák képesek felmérni a telepük méretét és ennek megfelelően szabályozzák a kolónia fennmaradása szempontjából létfontosságú enzimek és más szerves anyagok termelésének a mennyiségét. A telepen belül minden egyes baktérium kémiai jeleket bocsát ki magából. Ahogy elkezdenek szaporodni és ennek következtében a kolónia is növekedésnek indul, megugrik a baktériumok termelte vegyi anyagok mennyisége, és így az általuk kibocsátott kémiai jelek erőssége is.

A C. sporogenes  baktérium ígéretes fegyver lehet a rák ellen   Fotó: Kateryna Kon/Shutterstoc / Ilf Science

A tudósok azt is elmagyarázzák a tanulmányukban, hogy a kvórumérzékelés segítségével  hogyan tudta a kutatócsoport a Staphylococcus aureus baktériumból származó gén segítségével a C. sporogenes genetikailag manipulált egyedeit létrehozni, egy zöld fluoreszcens fehérjét használva fel a módosított egyedekből álló kolónia sikeres integrációjának vizuális markereként. A szerzők azt írják, hogy a tanulmány „bemutatja az első sikeres mérnöki megoldást” az ilyen típusú kvórumérzékelés alkalmazására egy olyan anaerob baktériumban, mint amilyen a C. sporogenes. „Műszaki biológia segítségével építettünk egy elektromos áramkörhöz hasonló struktúrát, de vezetékek helyett DNS-darabokat használtunk” – mondja Dr. Brian Ingalls, a Waterloo-i Egyetem alkalmazott matematikaprofesszora, és a tanulmány vezető szerzője.

Az orvostudomány számára a rák elleni küzdelem az egyik legnagyobb kihívás   Fotó: Science Photo Library/Kateryna Kon

Az eddig elért eredmények fontos előrelépést jelentenek a jövőbeli terápiás kísérletek elkezdéséhez, 

amihez elengedhetetlen feltételnek számított a kvórumérzékelő rendszer kombinálása az oxigéntolerancia genetikai módosításával. A végső cél az, hogy az oxigénrezisztenciát képesek legyünk szabályozottan kiiktatni azt követően, hogy a baktériumok elvégezték a feladatukat és elpusztították az összes daganatot még azt megelőzően, hogy képessé válnának a test más részein való megtelepedésre.

Az angol nyelven publikált tanulmány itt olvasható el.

A kanadai Waterloo-i Egyetem szaktudósai felfedezték, hogy:

• a Clostridium sporogenes fajnevű anaerob baktérium, számára,
• a szilárd tumorok oxigénmentes belseje ideális környezetnek számít,
• amelyben elkezdenek szaporodni és a tumor sejtjeivel táplálkozva,
• teljesen elpusztítják a daganatot.