Mikrobiológia A piszkos életről - gyógyszer; Táplálkozás - FAZ
A Csendes-óceán déli részén, több ezer méter mélyen az óceán fenekét bolygónk egyik legellenségesebb régiójának tartják. Halottabb, mint halott - így hívják a biológusok Dél-Amerika és Ausztrália közötti területet. De az élet közötti határt itt újra kell rajzolni: Csak március közepén számolt be egy nemzetközi tudóscsoport arról, hogy oxigént lélegző mikrobákat találtak a vályog üledékében. Az egysejtű organizmusok nemcsak közvetlenül a tengerfenéken, hanem akár 75 méterrel lejjebb is jól fejlődnek.
Akár a mély tengerben, akár a 3000 méter magas hegycsúcsokon, az emberi belekben vagy az örök jégben: a mikroorganizmusok az egész világon kavarganak. Mikroorganizmusok tömege. Egyetlen gramm erdőtalajban akár 100 milliárd sejt is található, több mint 10 000 különböző fajból. Néhány energiamegtakarító csoda, mint például az óceán fenekéből származó mikrobák. Néhány, például bizonyos Streptomyces fajok fontos antibiotikumokat termelnek - az összes gyógyszer fele a baktériumok anyagcseretermékein alapul. Egyesek lebontják a méreganyagokat, mások elpusztítják a növényi kártevőket. Feltételezhető, hogy más nagy képességekkel is rendelkeznek. De csak töredéküket ismerjük, talán öt százalékot - egyes mikrobiológusok kevesebb mint egy százalékát hiszik. Sokat lehetne tanulni tőlük, de a mikrobák többsége dacol a tudósok kutatási módszereivel, nem mutatható ki és nem képes szaporodni a laboratóriumban.
Ez most változik. Néhány új, néhány továbbfejlesztett módszer bizonyos mértékben megnyitja a kaput a mikroorganizmusok univerzumába. "Aki ott van? A kultúrától független technológiáknak köszönhetően ma már egészen másként lehet megközelíteni, mint a múltban" - mondja Paul Illmer, az Innsbrucki Egyetem mikrobiológusa. A talajmintából már kivonhatók genetikai anyagrészletek, és összehasonlításuk az adatbázisban található ismert DNS-szekvenciákkal jelzi a jelenlévő fajok számát. Ily módon a kutatóknak szinte minden héten sikerül új fajokat felfedezniük.
Mint a szénakazalban keresgélni
Húsz évvel ezelőtt egyetlen organizmus DNS-szekvenciájának egy része doktori disszertáció tárgyát képezte; ma gyakran nem elegendő új fajok százait teljesen szekvenálni, hogy egy elismert tudományos folyóiratban landolhassanak. Az egyre érzékenyebb technikák lehetővé teszik a kapcsolatok gyorsabb elemzését és a családfába sorolást is. És önmagában a Csendes-óceán déli részén található organizmusok felfedezése kicsi szenzáció: felfedezésük nagyjából megegyezik az 50 méteres medencében található száz bolhával. Olyan koncentráció, amely korábban nem volt kimutatható. Elképzelhetetlen lassúsággal lélegzik az oxigént, cellánként másodpercenként kevesebb, mint egy elektron áteresztőképességgel - vagyis több tízes hatvánnyal a légzési arány alatt, amit a laboratóriumban rendkívül energiatakarékosnak tartanak.
"Mi, biológusok, elárasztjuk a sokféleséget és a nagyságrendet, amellyel foglalkozunk" - magyarázza Antje Boetius, a mélytengeri ökológus, a bremeni Max Planck Tengeri Tengeri Biológiai Intézet. A kutatók számára a mikroorganizmusok hálózata olyan, mint egy puzzle, amely több milliárd darabot tartalmaz. Az egysejtű organizmusok bizonyos esetekben annyira specializálódtak, hogy csak más mikrobák társaságában létezhetnek, mert hulladéktermékeiken élnek.
Ezt a bonyolultságot figyelembe véve a DNS-elemzések csak a felszínt karcolják meg. Ennek ellenére a mikrobiológusok már számos tényt tártak fel, amelyek alapvető kérdésekre adnak választ. Azonban aggasztó dolgokra is fény derült. Az Ötztali Alpokban például megfigyelték, hogy az elmúlt hét év klímaváltozása nemcsak a növényvilágra volt hatással. 2700-3500 méteres magasságban mind a talajban lévő mikroorganizmusok száma, mind a közösség összetétele megváltozott. A metánt előállító mikrobák - egy erős üvegházhatású gáz - profitálnak ebből. Ez a hatás tovább gyorsíthatja az éghajlatváltozást.
Új antibiotikumok
Ugyanilyen nehéz jellemezni az újonnan felfedezett fajok funkcionális tulajdonságait. Számos egysejtű szervezet rendkívül lassú növekedése olyan fárasztóvá teszi elemzésüket a szokásos módszerekkel, hogy túlmutatnak a doktori téziseken vagy a kutatási projektek időkorlátain. Eddig a szervezetek 90-99 százaléka egyáltalán nem volt képes tenyészteni a laboratóriumban. Csak nem nőnek Petri-csészékben, függetlenül attól, hogy a kutatók milyen tápanyag-kombinációval próbálják ápolni őket. "Az alapok és a kiadványok iránti nyüzsgés miatt a türelmes, lassú mikrobiológia a mikroorganizmusok tenyésztésében és a környezetből történő megfigyelésében szinte kihalt" - mondja Antje Boetius.
De ezen a területen is vannak olyan előrelépések, amelyek például az orvostudománytól függenek. Az év elején Kim Lewis és Slava Epstein a Bostoni Északkeleti Egyetemről és csapatuk szenzációt váltott ki, amikor egy teljesen új hatóanyagosztály antibiotikumát mutatták be: a teixobactint. Ha ez az anyag a következő vizsgálatokban emberben hatékonynak és biztonságosnak bizonyul, akkor ez 1987 óta az első új antibiotikum. Szenzáció, de a jelentések többnyire csak mellékesen említik, hogy a teixobaktin egy korábban nem tenyésztett talajbaktériumból származik. Most egy Bostonban kifejlesztett elképesztően egyszerű módszer segítségével lehetett megszerezni; a kutatók az apró termelőt Eleftheria terrae-nek nevezték el.
Több mint tíz évvel ezelőtt az Epstein speciális tenyésztési kísérleteket kezdett a laboratóriumban, mert nyilvánvalóan nem lehetett olyan tápközeget előállítani, amely megfelelne a rakoncátlan mikrobák igényeinek. Tehát a tudósok úgy döntöttek, hogy inkább a természetes környezetet próbálják ki. Hígították a talajmintáikat, amíg pusztán statisztikai szempontból csak egyetlen sejt maradt bennük, és egy membránok által határolt kis kamrába töltötték őket. A mikrobák nem tudtak kiszabadulni a membrán pórusain keresztül, de mindenféle tápanyag belekerülhetett. A kutatók visszatették a kamrát a talajba, amelyből a mintát nyerték. „Amikor rájöttünk, hogy az eredeti minta összes sejtjének negyven százalékát meg tudjuk szaporítani ily módon, sokáig nem akartuk elhinni. Mert olyan egyszerű volt ”- mondja Slava Epstein. Mások is szkeptikusak voltak; Epstein kutatási javaslatait gyakran elutasították azzal az indokkal, hogy „Ez nem működhet ilyen egyszerűen”, még akkor is, ha már számos cikket publikált a témában.
A csaj megszelídítése
Epstein időközben az egyszerű diffúziós kamrákat nagyjából cigarettadoboz méretű „iChip” -be fejlesztette, 384 mintadarabbal. Munkatársai megfigyelték, hogy az iChip-ben szaporodó mikrobák körülbelül egynegyede hirtelen mesterséges tápközegben is boldogul. Ha a fennmaradó 75 százalékot további növekedési ciklusnak vetik alá az iChip-ben, annak egynegyede megművelhető. "Ellenőriztük, hogy ez nem mutációknak köszönhető-e, nem az" - mondja Epstein. Eddig - bizonyítatlanul - működő hipotézise az, hogy a mikrobák közül sok, amelyet művelhetetlennek tartanak, egyszerűen csak hosszú ideig alvó állapotban vannak. A környezeti hatásoktól teljesen függetlenül egy sejt néha arra ébred, hogy cserkészként tesztelje a körülményeket, és ha szükséges, szaporodjon - majd elég gyorsan és akár tápanyagban is. "Nem számít, hogyan működik végül, a felfedezés igazán optimizmussá tesz bennünket abban, hogy hatalmas számú organizmusunk van, amelyek közül néhány más gyógyszerészetileg érdekes vegyületeket is előállíthat" - mondja Epstein.
Más kutatócsoportok ma már használnak ilyen természetközeli közegeket; Apró, részben áteresztő agarózus menedékhelyeken a termesztés is sikeresnek tűnik. A nanoméretű kapillárisok is sikert mutatnak, sőt az egymástól függő mikrobák kultúrája néha sikeresnek tűnik.
A talajmikrobák után Slava Epstein most más rakoncátlan baktériumokat is meg akar szelídíteni. Érdekeli az úgynevezett mikrobiom, az emberi test baktériumvilága. Epstein már tesztelt egy iChip miniatúrát az önkéntesek fogzománcán, és már felfedezett három korábban ismeretlen baktériumfajtát. Most olyan eszközt fejleszt, amelynek a lehető legnagyobb mértékben egyedül kell működnie, és meg kell vizsgálnia a mikrobákat - legyen szó az űrben, a mély tengerben vagy a belekben. Epstein optimista, hogy működni fog.