U svakom dvorištu, parku i igralištu na Zemlji tlo je prepuno bakterija zvanih Streptomyces, jednog od najzastupljenijih organizama na planeti. Iako su ovi mikrobi koji žive u zemlji poznati po stvaranju mirisa zemlje koji se osjeti nakon kiše, taj poznati miris samo je vrh ledenog brijega.
Streptomyces su zapravo prirodne farmaceutske fabrike, odgovorne za proizvodnju brojnih spojeva protiv raka, imunosupresiva i antibiotika koji se koriste u klinikama širom svijeta. Međutim, nova studija sugerira da je njihov hemijski repertoar još složeniji nego što se ranije smatralo.
Novootkriveni toksin koji ubija insekte
Istraživači sa Univerziteta McMaster, iz Bostonske dječje bolnice i Harvard Medical School, u saradnji sa Univerzitetom u Stockholmu i Univerzitetom Yale, identificirali su i opisali novu klasu toksina koje proizvode Streptomyces, s vrlo dalekim vezama sa smrtonosnim toksinom koji uzrokuje difteriju, tešku i zaraznu infekciju kod ljudi.
Iako su strukturno slični difteričnom toksinu, ovi novootkriveni toksični proteini ne uzrokuju bolest kod ljudi. Međutim, ubijaju širok spektar insekata. „Ove toksine, koje smo nazvali Streptomyces antiquus insekticidni proteini (SAIP), pogađaju isključivo ćelije insekata“, navode naučnici.
Kako toksini ciljaju insekte
Kako bi razumjeli zašto su SAIP toksični samo za insekte, istraživači su koristili tehnologiju uređivanja gena CRISPR kako bi otkrili faktore neophodne za njihovu toksičnost. Sistematskim isključivanjem gena u ćelijama insekata identificirali su površinski protein nazvan „cvijet“.
Iako verzije ovog gena postoje i u drugim organizmima, varijanta specifična za insekte jedini je poznati receptor za SAIP. Ovi toksini ne mogu ući u ćelije bez njega, zbog čega nemaju efekta na ljude.
Putem bioinformatičkih, genomskih i evolucijskih analiza, istraživački tim pratio je pojavu ovih ranije nepoznatih toksina kroz vrijeme i utvrdio kada su Streptomyces razvile sposobnost da ih proizvode. Otkriveno je da su SAIP zapravo drevni, stariji od 100 miliona godina.
Drevna historija ovih toksina sugerira mogućnost da su imali ulogu u oblikovanju ljudskih bolesti, iako to ostaje spekulativno, kažu istraživači. „Znamo da je bakterija koja uzrokuje difteriju davno preuzela toksin od druge vrste bakterija, pa je moguće da su ovi Streptomyces toksini bili put ka nastanku difteričnog toksina.“
Od partnera do patogena
Važno je naglasiti da ne proizvode sve vrste Streptomyces ove toksine, zapravo, velika većina živi u harmoniji s insektima. Ta sposobnost izgleda je ograničena na mali broj specifičnih loza unutar ovog velikog roda.
„Streptomyces su prvenstveno poznate po prijateljskim odnosima s insektima, ali smo otkrili grupu sojeva koji su vjerovatno patogeni za insekte“, navode autori studije.
Ovi sojevi razvili su vrlo specijaliziranu ulogu u prirodi. Ne samo da ubijaju insekte, već su i izuzetno efikasni u njihovoj razgradnji, koristeći mrtve domaćine kao izvor važnih nutrijenata.
Dok razgrađuju tkivo insekata, istovremeno proizvode snažne antimikrobne hemikalije, vjerovatno kako bi odbili konkurentske mikroorganizme.
Zbog toga istraživači vjeruju da ovi sojevi Streptomyces povezani s insektima mogu biti uglavnom neiskorišten izvor novih antibiotika i drugih medicinski korisnih molekula. Ranija istraživanja već su identificirala niz obećavajućih antibiotika koje proizvode drugi sojevi Streptomyces, što dodatno budi optimizam u pogledu kliničkog značaja ovih novih spojeva.
Potencijalne primjene u medicini i poljoprivredi
Osim toga, otkriće SAIP važno je jer bakterijski toksini mogu imati primjene i izvan bolesti. Botulinski toksin, poznat kao botoks, ima brojne medicinske i kozmetičke primjene, dok se drugi bakterijski toksini koriste u imunologiji, poljoprivredi i biotehnologiji.
„Ovo je za sada osnovno naučno otkriće, ali bi u budućnosti moglo imati vrlo praktične primjene. Toksin poput ovog mogao bi pomoći u kontroli prenosilaca bolesti, poput komaraca koji prenose malariju i virus Zapadnog Nila, ili u zaštiti usjeva od insekata“, navode naučnici.
Otkriće je već patentirano, a istražuju se i potencijalni putevi komercijalizacije, posebno u poljoprivredi, gdje je potražnja za insekticidnim toksinima velika.
U međuvremenu, istraživači ispituju kako se SAIP ponašaju u složenijim biološkim sistemima, uključujući eksperimente s cvrčcima i brašnarima, organizmima pogodnim za proučavanje infekcija i toksičnosti.
Ove studije omogućavaju i izolaciju antimikrobnih supstanci koje luče ovi sojevi, što će pomoći u boljem razumijevanju njihovog kliničkog potencijala.
Bez obzira na buduće rezultate, samo otkriće predstavlja značajan naučni iskorak i podsjeća koliko još toga ne znamo o bakterijama.
„Pronalazak nečeg ovako novog u jednoj od najzastupljenijih i najbolje proučenih grupa bakterija pokazuje koliko ih zapravo još nedovoljno poznajemo. Ovaj toksin snažan je podsjetnik da su bakterije nevjerovatno raznovrsni organizmi, sa sposobnostima koje nas i dalje iznenađuju“, zaključuju autori studije.