A genommérnökséggel az a célunk, hogy „terv szerint” változtassuk meg egy baktériumfaj genomi DNS-ét, tehát a génjeit kódoló DNS-t. Miért van erre szükségünk? Például ahhoz, hogy megértsük egy fehérje vagy gén funkcióját, „el kell rontanunk” a fehérjét vagy a gént. Ezután megnézzük, milyen hatást vált ki a beavatkozás, és ebből következtetünk a funkcióra. A gén „pontos elrontásához” jó genommérnöki módszerek kellenek. Mondok egy biotechnológiai példát is: egy baktériumot arra akarunk felhasználni, hogy számunkra hasznos anyagot termeljen. Ennek érdekében speciális változtatásokat kell véghez vinni a genomjában, és ehhez is precíz, jó hatékonyságú módszerek kellenek.

A projektünkben használt multiplex automatizált genommérnöki (MAGE) eljárás „nagyon erős módszer” a baktériumok genomjának megváltoztatására, a genommérnöki beavatkozásra. Ezzel egyszerre akár több ezer olyan rövid DNS-szálat lehet bevinni a baktériumba, amely képes beépülni a baktérium genomi DNS-ébe, és így sokkal gyorsabban tudjuk adaptáltatni a baktériumokat a kitűzött feladatokra, mint a hagyományos módszerekkel: tehát egyszerre sok célzott mutációt tudunk bevinni a baktériumba, ami segít például valamilyen biotechnológiai folyamat elérésében. A módszernek viszont van egy nagy hátránya – és mi ennek a kiiktatására dolgoztunk ki módszert a projektben. A MAGE nem kellőképpen precíz: ahhoz, hogy a folyamat hatékonyan végbemenjen, a DNS hibajavító rendszert ki kell iktatni a baktériumban – emiatt viszont nagy mennyiségű olyan elváltozás is keletkezik, amit nem akarunk. Mi olyan rendszert alkottunk, amellyel ezt a DNS hibajavító rendszert tulajdonképpen ki-be tudjuk kapcsolni. Amikor azt akarjuk, hogy megjelenjenek bizonyos, általunk kívánt változások, kikapcsoljuk a hibajavítást, a rövid DNS-szálak beépülnek, de rögtön utána visszakapcsoljuk a hibajavítást, és ettől a nem kívánt mutációk száma drasztikusan csökken. Így a MAGE módszer pontosságát két nagyságrenddel meg tudtuk növelni, ami nagyon nagy segítség a módszer alkalmazóinak.

Ezt a multiplex módszert olyan nagyszabású szintetikus biológiai munkában is használták már, ahol egy teljes baktérium-genomban egy adott nukeotid-kodon (az a három nukleotid, amely egy aminosavat kódol) összes példányát átváltoztatták egy másikra – ami ugyanolyan aminosavat kódol –, és ezzel felszabadítottak egy kodont, hogy egy mesterséges aminosavat be lehessen építeni egy adott fehérjébe. Ennek is biotechnológiai alkalmazásai lehetnek. Tehát nagyon erős módszerről van szó, és ennek növeltük meg a pontosságát.

A projektben kidolgozott eljárás tesztelése E. coli baktérium-kolóniákon. Az eredeti baktériumok sötét színűek, míg ott, ahol beépült a kívánt mutáció, a telepek világos színűek lettek (a változást a lacZ nevű gén célzott elrontásával érték el)

Mi az antibiotikumhoz való alkalmazkodást kutatjuk. A csoportunkban korábban többféle baktériumot adaptáltattunk különböző antibiotikumokhoz, és megvizsgáltuk, hogyan alkalmazkodik egy baktérium egy adott antibiotikumhoz. Utána genomszekvenálással – a DNS-szakaszok szekvenciájának megállapításával – azonosítottunk olyan elváltozásokat, amelyek ezt az alkalmazkodást okozhatják, majd azokkal a genommérnöki módszerekkel, amelyeket mi fejlesztettünk ki, visszavittük ezeket egy kiindulási baktériumba, és megnéztük, milyen elváltozások, mutációk felelősek valójában az alkalmazkodásért. Így például ki tudtunk mutatni egy olyan fehérjét, amely az alkalmazkodást okozza, és a későbbiekben tervezhetők talán olyan antibiotikumok, amelyek ilyen fehérjékre hatnak. Ha az okozza az adaptálódást, hogy „elromlik” egy fehérje, akkor a gyógyszernek pótolnia kell a fehérjét, de ha például a fehérje olyan „pumpa”, amely kipumpálja az antibiotikumokat, akkor blokkolhatjuk a működését. De hangsúlyozom: mi azzal foglalkozunk, hogy ezeket a háttér-mechanizmusokat felderítsük, és ez további információval szolgáljon azoknak, akiknek a gyógyszertervezés a munkájuk.

2017. január