Vedci prinútili huby vyrábať látky, ktoré sa v laboratóriu bežne skrývajú. Niektoré z nich ničili nádorové bunky
Vedci vyvinuli nástroj fPE7max, ktorý dokáže v hubách prebudiť tiché gény. Objavili 18 molekúl, z toho 8 bolo doteraz neznámych.
Plesne a huby dali svetu penicilín aj statíny znižujúce cholesterol. Napriek tomu zostáva väčšina hubovej ríše geneticky neprebádaná. Vedci z University of Pennsylvania teraz vyvinuli nástroj, ktorý dokáže tieto organizmy prinútiť vyrábať látky, ktoré za bežných laboratórnych podmienok takmer vôbec neukazujú.
Tím izoloval 18 komplexných molekúl, z toho 8 malo podľa autorov štruktúru, ktorú veda doteraz nepoznala. Tri z nich v laboratórnych testoch vykázali cytotoxickú aktivitu, teda schopnosť poškodzovať alebo zabíjať bunky, vrátane nádorových bunkových línií. To ešte ale neznamená nový liek proti rakovine. Znamená to však, že huby môžu skrývať chémiu, ku ktorej sme sa doteraz jednoducho nevedeli dostať.
Problém je starý takmer ako moderná mykológia. Huby v prírode vyrábajú rôzne chemické látky, aby sa bránili baktériám, súperili s inými organizmami alebo prežili v nepríjemnom prostredí. Lenže keď ich vedci pestujú v sterilných laboratórnych podmienkach, veľkú časť tejto chemickej výbavy jednoducho vypnú. Nemajú dôvod bojovať, a tak ich najzaujímavejšie gény zostanú tiché.
Slávny genetický orezávač narazil na limity
CRISPR-Cas9 za poslednú dekádu prepísal biológiu, no pri vláknitých hubách naráža na svoje limity. Pri organizmoch ako Aspergillus alebo Penicillium, z ktorého pochádza penicilín, môže byť príliš hrubý. Chemická a biomolekulárna inžinierka Xue „Sherry“ Gao upozorňuje, že v tomto prostredí môže zanechávať nechcené mutácie, čo komplikuje ďalšiu prácu.
Novšia technológia zvaná prime editing funguje jemnejšie. DNA nerozsekne na dva kusy, ale dokáže do nej presnejšie zapisovať požadované zmeny. Predstav si to skôr ako opravu konkrétneho slova v texte, nie ako rozstrihnutie celej strany nožnicami. Lenže práve pri vláknitých hubách sa prime editing doteraz poriadne neuchytil.
Neprehliadni
Tím Xue Gao preto pre huby vyvinul špeciálne upravenú platformu fPE7max. Nástroj zvládol zmeny jednotlivých písmen DNA, malé vloženia a odstránenia úsekov, ale aj väčšie zásahy. Podľa štúdie dokázal vložiť úsek dlhý až tisíc báz, teda písmen DNA, a odstrániť úsek s veľkosťou až desaťtisíc báz. Priemerná účinnosť editovania sa pritom blížila k 90 percentám.
RNA sa hubám rozpadala skôr, než stihla prepísať DNA
Celá metóda má však háčik. Prime editing sa spolieha na RNA návod, ktorý nástroju povie, kam má ísť a akú zmenu má urobiť. Pri väčších úpravách je tento návod dlhší, krehkejší a v bunke sa môže rozpadnúť skôr, než splní úlohu.
Riešením bol proteín označený fLa. Ten sa správa ako ochranný obal pre RNA inštrukcie. Drží ich pokope a pomáha im prežiť cestu k cieľovému miestu v genóme. Tím zároveň pridal ďalší prvok, ktorý dočasne stlmí prirodzený opravný systém huby. Inak by bunka mohla novú úpravu rozpoznať ako chybu a vrátiť DNA späť do pôvodného stavu.
Gén laeA rozhodoval, ktorú chémiu huba zapne
Najzaujímavejšia časť výskumu nie je len samotný nástroj, ale spôsob, ako ho vedci použili. Zamerali sa na gén laeA, ktorý v hubách funguje ako jeden z hlavných regulátorov metabolizmu – priamo teda rozhoduje o tom, ktoré chemické látky huba vyrobí a ktoré linky nechá vypnuté.
Tím neupravoval celý gén hrubou silou. Zasiahol malé regulačné úseky pred ním, známe ako upstream open reading frames, skrátene uORF. Dá sa to predstaviť ako nenápadná brzda pred plynovým pedálom. Keď ju vedci upravili, huba nezačala vyrábať náhodné látky chaoticky. Skôr sa zmenilo nastavenie jej prirodzenej chemickej výroby.
A podrobné mapovanie látok potvrdilo, že plán zafungoval. Huby prebudili dovtedy spiace biochemické dráhy a vyprodukovali spomínaných 18 molekúl. Osem malo podľa autorov doposiaľ nepopísanú štruktúru a tri vykazovali cytotoxickú aktivitu. Jedna nová molekula pôsobila selektívne proti ľudským bunkám rakoviny prsníka, pečene a leukémie.
Huby už nemusia čakať, kým samy odhalia svoju chémiu
Doteraz malo hľadanie liečivých látok v hubách často podobu biologického lovu pokladov. Výskumníci zbierali vzorky, skúšali rôzne podmienky a čakali, či niektorá huba ukáže niečo zaujímavé. S fPE7max sa už na náhodu nečaká. Biológovia môžu rovno siahnuť do riadiaceho centra huby a prebúdzať chemické dráhy, ktoré by inak zostali skryté.
Gao a jej tím chcú teraz nástroj nasadiť na širšie spektrum hubových druhov. Ak sa platforma osvedčí aj mimo prvých testov, môže urýchliť objavovanie prírodných látok použiteľných vo farmácii. Najväčší paradox pritom zostáva rovnaký ako pri penicilíne. Jedna z najväčších zásobární budúcich liekov možno nerastie v supermodernom reaktore, ale v organizmoch, ktoré sme si roky všímali hlavne vtedy, keď pokazili jedlo.
