07.11.2011

Syntetisk biologi: Genmodifisert bakterie drep annan bakterie

Bakteriekoloniar med P. aeruginosa som veks på ei skål med næringsemnet agar.

Bakteriekoloniar med P. aeruginosa som veks på ei skål med næringsemnet agar. Foto: iStockphoto.

Forskarar i Singapore har genmodifisert ein E. coli-bakterie slik at han er i stand til å drepe andre bakteriar. Dei meiner den nye teknologien kan vere eit alternativ til dagens antibiotika for å kurere bakterieinfeksjonar.

Av Audrun Utskarpen i GENialt 3/2011

Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) er ein bakterie som går til åtak på både luftvegane og fordøyingssystemet hos menneske, og er resistent mot mange typar antibiotika (sjå faktaboks) og andre bakteriedrepande middel. Infeksjonar med P. aeruginosa skjer gjerne på sjukehus, og kan vere livstrugande for folk som har dårleg immunforsvar til dømes på grunn av sjukdommar som cystisk fibrose og kreft.

Forskarar ved Nanyang tekniske universitet i Singapore har genmodifisert ein ufarleg Escherichia coli (E. coli)-bakterie for å ta knekken på P. aeruginosa. Dei har sett inn tre nye modular, såkalla biobrikkar (sjå faktaboks), med DNA i E. coli-bakterien. Dei tre modulane lagar kvart sitt protein. Eitt protein oppdagar P. aeruginosa, det andre drep bakteriane, og det tredje gjer at E. coli-bakterien sjølv går i oppløysing. I tråd med prinsippa for syntetisk biologi (sjå faktaboks) kan kvar modul skiftast ut og tilpassast for å behandle andre typar bakterieinfeksjonar.

System som oppdagar den farlege bakterien

For å få E. coli-bakterien til å produsere det bakteriedrepande proteinet berre når P. aeruginosa er i nærleiken, har forskarane utnytta signalsystemet som bakteriane bruker til å kommunisere med kvarandre. Ved å skilje ut signalprotein koordinerer bakteriar oppførselen seg i mellom etter kor god plass dei har. Etter kvart som ein bakteriekoloni veks, må bakteriane ta meir omsyn, og skil derfor ut meir protein. Når det blir mange nok signalprotein, set dei i gang ein kaskade av signal i bakteriane som gjer at visse gen blir skrudde på, medan andre blir skrudde av. Gena lagar protein som styrer blant anna korleis bakteriane veks og bevegar seg, og kva evne dei har til å gi infeksjon (virulens) og danne bakteriekoloniar (biofilm) på ei overflate.

Éin type signalprotein er AHL (acylhomoserinlakton), som er særeigne for kvar bakteriestamme. Den eine DNA-biten som er sett inn i E. coli-bakterien, har eit gen som lagar proteinet lasR, som kjenner igjen og bind seg til AHL-proteina som P. aeruginosa skil ut (sjå figur).

Bakteriedrepande protein

Når P. aeruginosa har skilt ut ei viss mengd AHL-protein, startar modul nummer to i den genmodifiserte E. coli-bakterien å lage det bakteriedrepande proteinet pyocin. Pyocin er ein type protein som P. aeruginosa sjølv lagar for å forsvare seg mot konkurrerande bakteriar. Det verkar mot bestemte bakteriar som er i nær slekt med bakterien som lagar det, det vil seie mot andre stammar av P. aeruginosa. Pyocinproteinet er sett saman av to delar, eitt protein som drep andre bakteriar og eitt immunprotein som vernar vertscella mot sitt eige pyocin. Ved å setje pyocin-genet inn i E. coli utnyttar forskarane såleis P. aeruginosa sitt eige våpen til å ta livet av bakterien.

Drep seg sjølv

Den tredje modulen som er sett inn i E. coli-bakterien, produserer proteinet E7, som lagar hol i bakterieveggen til E. coli, slik at bakterien går i oppløysing og det bakteridrepande pyocinet strøymer ut i omgivnaden. Deretter trengjer pyocinet gjennom bakterieveggen til P. aeruginosa slik at innhaldet lek ut og dei farlege bakteriane døyr.

Fordelar med pyocin

Ingen har til no observert at gen som gjer ein bakterie resistent mot pyocin, kan spreie seg frå éin bakteriestamme til ein annan. Derfor vil truleg ikkje bakteriane utvikle resistens mot pyocin like fort som mot andre antibiotika. Ein annan fordel med pyocin er at det verkar mot éin bestemt type bakterie, P. aeruginosa.

Ny medisin?

Det bakteridrepande proteinet tek ikkje berre knekken på enkeltbakteriar, men hindrar òg P. aeruginosa i å formeire seg og danne koloniar. Så langt har forskarane berre gjort forsøk med celler i laboratoriet. Etter kvart ønskjer dei å prøve ut teknologien på dyr og menneske, men dette er enno langt unna. Det kan dessutan vere uheldig å bruke levande E. coli på sår eller mot infeksjonar i luftvegane, som er stader der ein ikkje ønskjer å ha bakteriar. Men kanskje kan det fungere betre i tarmane, der det allereie er flust med bakteriar frå før, blant anna E. coli. Eit anna spørsmål er om dei genmodifiserte bakteriane kan komme til å oppføre seg annleis enn planlagt utanfor laboratoriet. Kva vil skje hvis nokre av eigenskapane spreier seg til andre bakteriar? Skulle nokre av E. coli-bakteriane til dømes mutere slik at dei ikkje går i oppløysing, vil dei formeire seg mykje lettare og utkonkurrere dei som døyr av seg sjølv, og korleis blir ein da kvitt dei? Spørsmålet er kor stor risiko vi er villige til å akseptere dersom teknologien kan vise seg å gi store gevinstar i kampen mot sjukdommar.

System for å oppdage og drepe bakteriar: P. aeruginosa skil ut AHL-protein for å kommunisere med andre bakteriar. Den genmodifiserte E. coli-bakterien produserer proteinet lasR, som bind seg til AHL. Når mange nok AHL-protein er bundne til lasR, blir genet som kodar for det bakteriedrepande proteinet pyocin, slått på. Samstundes blir genet som produserer proteinet E7, slått på. E7-proteinet gjer at E. coli-bakterien sjølv lyserer (går i oppløysing). Deretter strøymer pyocin ut i omgivnaden og tek knekken på P. aeruginosa.

SYSTEM FOR Å OPPDAGE OG DREPE BAKTERIAR: P. aeruginosa skil ut AHL-protein for å kommunisere med andre bakteriar. Den genmodifiserte E. coli-bakterien produserer proteinet lasR, som bind seg til AHL. Når mange nok AHL-protein er bundne til lasR, blir genet som kodar for det bakteriedrepande proteinet pyocin, slått på. Samstundes blir genet som produserer proteinet E7, slått på. E7-proteinet gjer at E. coli-bakterien sjølv lyserer (går i oppløysing). Deretter strøymer pyocin ut i omgivnaden og tek knekken på P. aeruginosa. Figuren er basert på ein figur i Saeidi N. et al. (2011) med løyve frå Macmillan Publishers Ltd.

FAKTA Biobrikkar og syntetisk biologi

Syntetisk biologi er ei kraftig effektivisering av genteknologien der ein prøver å systematisk designe og konstruere nye biologiske system. Forskarar jobbar med å samle og lage biologiske modular eller biobrikkar (på engelsk: Biobricks) og kartlegge korleis dei passar saman. Ein modul er ein DNA-sekvens som inneheld dei gena som er nødvendige for ein viss eigenskap. Tanken er at dei som vil, skal kunne bestille modular med dei eigenskapane dei ønskjer og setje dei saman sjølve.

FAKTA Antibiotika

Antibiotika er ei fellesnemning på medisinar som verkar mot bakterieinfeksjonar. Penicillinet var eit av dei første antibiotika som vart oppdaga. Det skjedde i 1928, og sidan 1950-talet har antibiotika vore vanleg i medisinsk behandling. For mykje og feil bruk av antibiotika fører gjerne til at bakteriar blir resistente (motstandsdyktige) mot mange typar antibiotika. Da blir infeksjonane vanskelegare å behandle, noko som er eit stadig større problem. Vi må derfor utvikle nye antibiotika, eller sjå oss om etter andre alternativ.

Referansar:

• Saeidi N. et al. (2011) Engineering microbes to sense and eradicate Pseudomonas Aeruginosa, a human pathogen. Molecular Systems Biology 7, 521.

• Turner M. (2011) Set a bug to kill a bug. Nature News, publisert på nett 16. august 2011, DOI 10.1038/news.2011.483.

Side fra GENialt 3/2011Sjå artikkelen slik den sto på trykk i GENialt 3/2011

Siden ble opprettet: 07.11.2011. Siden ble oppdatert: 07.11.2011

Relevante temasider

Flere nyheter

Biotekpodden – en podcast om bioteknologi

30.05.2020

Bioteknologien utvikler seg raskt, noe som skaper nye.. Les mer »

– Norge har fått en ny, modernisert bioteknologilov

26.05.2020

– Bioteknologirådet har evaluert bioteknologiloven og har sett.. Les mer »

I GENialt: Ønskjer du deg eit sjølvlysande juletre?

19.05.2020

Då må du nok smøre deg med tolmod… Les mer »

I GENialt: Cellefabrikker som lager rullebaner, medisiner og mat

19.05.2020

Bakterier og sopp er arbeidere som jobber døgnet.. Les mer »

I GENialt: Hva vet vi om helserisiko for barna etter assistert befruktning?

19.05.2020

Stortinget skal snart vedta endringer i bioteknologiloven. En.. Les mer »

I GENialt: Eggdonasjon og assistert befruktning til enslige – hva står på spill?

19.05.2020

Bioteknologiloven er i endring. Snart skal stortingspolitikerne si.. Les mer »

Hastig behandling av fosterdiagnostikk i Bioteknologirådet

18.05.2020

Frp, AP og SV foreslår i sitt «Bioteknologiforlik.. Les mer »

Sakskart til ekstraordinært møte i Bioteknologirådet 18. mai

15.05.2020

Tid:  Mandag 18. mai kl. 09.00-13.00 Sted: Digitalt møte,.. Les mer »

I GENialt: Ny milepel for CRISPR-teknologien

12.05.2020

For første gang i historien har genredigeringsteknologien CRISPR.. Les mer »

I GENialt: Doktor AI – muligheter og utfordringer

12.05.2020

I fremtidens helsevesen er datamaskiner legens nye kollega… Les mer »

© 2020 Bioteknologirådet. | Design: Tank - Utviklet av: Spekter