Vedci nedokážu vytiahnuť 160 miliónov rokov starú bielkovinu z fosílie a jednoducho ju vložiť pod mikroskop.
Dokážu však urobiť niečo veľmi podobné.
Porovnaním génov dnešných živočíchov môžu odhadnúť, ako pravdepodobne vyzerali bielkoviny ich spoločných predkov. Výskumníci z University of Oregon takto zrekonštruovali dávne verzie obranných molekúl cicavcov a potom ich vyrobili v laboratóriu.
Výsledok ich prekvapil.
Niektoré rekonštruované peptidy dokázali proti určitým baktériám fungovať lepšie než zodpovedajúca verzia, ktorú dnes nájdeme u človeka.
Obrana ukrytá v slzách aj slinách
Výskum sa zameral na bielkovinu nazývanú laktoferín.
Tá sa u cicavcov nachádza napríklad v materskom mlieku, slzách, slinách a ďalších telesných tekutinách.
Jednou z jej úloh je viazať železo.
To je dôležité aj pri obrane proti infekciám, pretože baktérie železo potrebujú na rast. Ak ho laktoferín naviaže, mikróbom sa k nemu dostáva podstatne ťažšie.
Laktoferín však ukrýva ešte jednu zaujímavú zbraň.
Jeho časť môže vytvoriť krátky antimikrobiálny peptid nazývaný laktofericín, ktorý dokáže narúšať membrány niektorých baktérií.
Vedci sa preto rozhodli zistiť, ako sa táto schopnosť vyvíjala počas evolúcie cicavcov.
Ako sa dá „oživiť“ molekula z minulosti?
Výskumníci porovnali genetické sekvencie laktoferínu u dnešných cicavcov.
Z rozdielov medzi nimi a z evolučného stromu potom pomocou štatistických metód odhadli najpravdepodobnejšie podoby bielkoviny u dávnych spoločných predkov.
Táto metóda sa nazýva rekonštrukcia ancestrálnych sekvencií.
Nejde teda o molekuly fyzicky nájdené vo fosíliách.
Ide o laboratórne vytvorené verzie, ktorých štruktúru vedci odhadli na základe génov žijúcich druhov.
Najstaršie rekonštruované verzie siahali približne 160 miliónov rokov do minulosti, k obdobiu raného vývoja placentálnych cicavcov.
Potom prišli baktérie
Vedci syntetizovali rekonštruované peptidy a skúšali ich proti viacerým druhom baktérií.
Medzi nimi boli napríklad Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa či Streptococcus agalactiae.
Ide o druhy, medzi ktorými sa nachádzajú pôvodcovia nemocničných, kožných, respiračných aj ďalších infekcií.
Najstaršie rekonštruované peptidy už dokázali narušiť bakteriálnu membránu.
Baktérie však poškodenie často dokázali opraviť a prežiť.
Pri neskorších evolučných verziách sa účinok postupne zosilňoval.
Niektoré rekonštruované peptidy z mladších predkov boli pri určitých testoch účinnejšie než moderná ľudská verzia.
Veľký rozdiel spôsobila jediná zmena
Jedným z najzaujímavejších zistení bolo, že na výrazné zvýšenie antimikrobiálnej aktivity nemusela byť potrebná veľká prestavba celej molekuly.
Vedci identifikovali miesto, kde zmena jedinej aminokyseliny dokázala výrazne ovplyvniť účinnosť peptidu.
Aminokyseliny sú základné stavebné jednotky bielkovín.
Zmena jedného jediného „písmena“ v reťazci tak môže podstatne zmeniť spôsob, akým molekula reaguje s bakteriálnou membránou.
Práve takéto malé evolučné zmeny sa počas miliónov rokov hromadia a môžu vytvoriť nové biologické vlastnosti.
Prečo vedcov zaujíma dávna evolúcia?
Antibiotická rezistencia patrí medzi veľké problémy modernej medicíny.
Baktérie sa postupne dokážu prispôsobovať liekom, ktoré ich mali pôvodne ničiť.
Vedci preto hľadajú nové mechanizmy, ktorými by sa dali mikróby zasiahnuť.
Jednou z možností sú práve antimikrobiálne peptidy.
Namiesto hľadania úplne novej molekuly od nuly sa výskumníci môžu pozrieť na milióny rokov evolučných experimentov a zisťovať, ktoré molekulárne riešenia v minulosti fungovali.
Autori štúdie to prirovnávajú k prírodnému archívu pokusov a omylov.
Nie je to nový liek
Výsledky znejú sľubne, ale majú významné obmedzenie.
Rekonštruované peptidy zatiaľ fungovali v laboratórnych experimentoch.
To ešte neznamená, že by sa dali podať človeku ako antibiotikum.
Peptidy bývajú v organizme menej stabilné než mnohé bežné lieky a telo ich môže pomerne rýchlo rozložiť.
Pred prípadným použitím v medicíne by preto bolo potrebné vyriešiť ich stabilitu, bezpečnosť, dávkovanie aj spôsob doručenia do tela.
Výskum však ukazuje niečo iné.
Evolučná minulosť môže byť zdrojom molekúl a princípov, ktoré už v dnešných organizmoch neexistujú v rovnakej podobe, no môžu vedcom pomôcť pri návrhu nových terapií.
A v tomto prípade sa ukázalo, že niektoré zaujímavé nápady môžu byť staré približne 160 miliónov rokov.
