Raskošna večera 1919. koja je uzrokovala smrt pet osoba. Zanimljiv pokus spašavanja industrije konzervi dvadesetih godina prošlog stoljeća. Program biološkog oružja iz Drugoga svjetskog rata i CIA-ina operacija usmjerena protiv Fidela Castra. Kozmetički proizvod koji uklanja bore i izrastao u posao vrijedan više milijardi dolara. Nova analiza više od 1000 bakterijskih genoma zanimljivo povezuje ta naizgled međusobno udaljena zbivanja. Na stranicama časopisa Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ovih su dana objavljeni novi rezultati koji pokazuju kako su istraživači nehotice promijenili evoluciju opasne bakterije, koja je tako stekla znatan medicinski i komercijalni potencijal.
Istraživanje koje je procvjetalo iz tragedije
Dotični mikrob je Clostridium botulinum, čiji neurotoksin prekida komunikaciju među živcima, pa mišići otkazuju, a žrtve se guše. Gledano po omjerima po gramu, toksin poznat kao BoNT jedna je od najsmrtonosnijih poznatih prirodnih tvari. A ono što ga čini još opasnijim jest da se spore bakterije C. botulinum u uvjetima bez kisika – primjerice u konzerviranoj hrani – mogu „probuditi” i razviti u bakterije koje proizvode toksin.
Upravo se to dogodilo sa sporama zarobljenima u kalifornijskim konzervama maslina tijekom velikog trovanja maslinama 1919., nakon kojega su nakon večere život izgubili detroitski industrijalac Murray Sales i njegova supruga, njihovo dvoje djece, jedan gost i dvije sobarice. U dvije druge savezne države zbog konzervi je umrlo još devet osoba. Tragedije su predstavljale ozbiljnu prijetnju cvjetajućoj industriji konzervi i pokrenule novi val mikrobioloških istraživanja te dovele do donošenja kalifornijskog zakona koji je industriju obvezao da proizvode obrađuje na višim temperaturama. Među istraživačima koji su se pridružili borbi bio je Ivan Clifford Hall, bakteriolog sa Sveučilišta u Kaliforniji, koji je sastavio zbirku izolata C. botulinum.
Jedan od sojeva, nazvan Hall A, postao je važan laboratorijski alat koji se iznova i iznova razmnožavao. Pritom se pripitomio – evolucija vođena ljudskom intervencijom preoblikovala ga je, kao i bezbroj drugih biljaka, životinja i mikroba. Hall A izgubio je sposobnost stvaranja spora, što je stručnjacima olakšalo pročišćavanje BoNT-a, a uz to je proizvodio iznimno velike količine toksina. Zbog tih svojstava Hallov znameniti bakterijski soj postao je miljenik američkih vojnih istraživača, koji su ga 1942. počeli koristiti za izradu biološkog oružja i cjepiva protiv botulizma.
Vojska je Hall A podijelila i s drugima. Početkom šezdesetih godina CIA je započela – na kraju osujećenu – operaciju ubojstva kubanskog vođe Fidela Castra tako što je kutiju cigara kontaminirala toksinom BoNT. (Sjedinjene Države odustale su od programa biološkog oružja 1969., a tri godine poslije potpisale su konvenciju o zabrani biološkog oružja.) Otprilike u isto vrijeme jedan vojni istraživač ponio je kulturu Hall A sa sobom kad se preselio na Sveučilište Wisconsin. Svoje je zalihe podijelio i s jednim kalifornijskim oftalmologom, koji je na majmunima provodio pokuse da ispita može li BoNT opustiti očne mišiće, u nadi da će pronaći lijek za nepravilan položaj očnih osi, odnosno strabizam.
„Ovo je doista priča u kojoj su se mačevi prekovali u plugove”
– kaže mikrobiolog Paul Keim, istraživač sa Sveučilišta Sjeverne Arizone (NAU) i prvi autor nove studije.
Neobične koristi i pravne bitke
Osamdesetih godina britanski mikrobiolog Andy Pickett i suradnici u suradnji s farmaceutskim tvrtkama uspješno su dokazali da se sitnim dozama BoNT-a koji proizvodi soj Hall A – milijardnim dijelovima grama – može liječiti strabizam u ljudi. Američka Uprava za hranu i lijekove (FDA) 1989. odobrila je pročišćeni toksin za liječenje i strabizma i grčeva vjeđa.
No u tom se trenutku dogodilo nešto vrlo zanimljivo:
„Neki su bolesnici izvijestili da im je zbog liječenja nestala migrena, a nestale su im i bore na licu”
– prisjeća se Pickett. Pokazalo se da botoks – kako se pripravak danas zove – u sitnim količinama privremeno paralizira i one mišiće lica koji uzrokuju bore oko očiju, na čelu i oko nosa.
Botoks je danas samo jedan od nekoliko desetaka proizvoda s djelatnom tvari BoTN, oko kojih su među proizvođačima izbile i brojne pravne bitke zbog vlasničkih prava i proizvodnih tajni. I Picketta i Keima pozivali su kao vještake u nekoliko takvih slučajeva. Potonji je ranije u suradnji s FBI-jem sudjelovao u istrazi podrijetla antraksa korištenog u nizu napada 2001.
Kako bi pomogao razjasniti razlike među spornim sojevima, Keim je odvjetnicima predložio da u rad uključe i Richarda Lenskija, evolucijskog biologa sa Sveučilišta Michigan State, koji je 1988. pokrenuo danas slavan pokus u kojem je pratio 12 identičnih populacija bakterije Escherichia coli i dokumentirao kako se one razvijaju tijekom desetljeća. (Istraživanje još traje, gotovo 85 tisuća generacija poslije.)
Evolucija u Petrijevoj zdjelici
U sklopu svojeg rada na tom slučaju istraživači su na temelju javno dostupnih genomskih sekvenci i genoma koje su sami sekvencirali sastavili obiteljsko stablo bakterije C. botulinum.
Utvrdili su da se soj Hall A i njegovi komercijalni potomci nalaze na iznenađujuće opsežnoj grani obiteljskog stabla, što upućuje na to da su sojevi iz te loze mutirali mnogo brže od svojih srodnika.
„To me podsjetilo na ono što smo vidjeli u svojim pokusima s bakterijom E. coli”, objašnjava Lenski. U tim su istraživanjima neki laboratorijski uzgajani sojevi koji su počeli mutirati brže nego inače imali pogrešku u genu koji sudjeluje u popravku DNA. Na Lenskijev prijedlog Keim i Jason Sahl, istraživač mikrobnih genoma na NAU-u, pregledali su taj gen kako bi potražili slične pogreške u soju Hall A i njegovim bliskim srodnicima. I doista su jednu i našli: mutaciju na genu zvanom mutS.
Prema Keimu, mutacija se vjerojatno dogodila dok je Hall radio sa sojem. U prirodi bi vjerojatno brzo nestala, ali je u laboratoriju cvjetala, dijelom zato što su stručnjaci davali prednost onim kulturama C. botulinum u kojih se učinak mutacije očitovao. Gen mutS naime sprječava da C. botulinum troši energiju na stvaranje spora, pa se bakterije dobro razmnožavaju i proizvode neobično velike količine toksina. Metabolički putovi bakterija sada su fino podešeni za laboratorijski život, za razliku od života u prirodi, kaže Keim.
„Ovaj rad doista popunjava fantastičnu prazninu u znanju”, kaže Pickett, koji se u međuvremenu umirovio i nije izravno sudjelovao u istraživanju. Istraživanje nudi mnogo više od puke slike o povijesti Hallova soja i selekciji koju je usmjeravao čovjek, kaže Hong Lei, oftalmolog i neurolog specijaliziran za poremećaje kretanja, koji toksin BoNT koristi za razne medicinske primjene.
„Rezultati naglašavaju da biološke terapije potječu iz živih organizama čija kontinuirana evolucija može utjecati na proizvodnju, dosljednost proizvoda i buduće razvijanje lijekova”
– kaže Lei.
Pickett se posebno raduje što istraživanje stavlja fokus na ulogu Halla, koji je, prema njegovu mišljenju, nepravedno zaboravljeni junak povijesti botoksa i srodnih pripravaka. Iako je dio Hallove „nevjerojatne” zbirke anaerobnih organizama dospio i u druge laboratorije, većina ih više ne postoji. Istraživanje genetike soja Hall A lijep je pokon pred prilično tajanstvenim istraživačem, kaže Pickett.
