Előfizetés a lapra

Gombagenom és informatika

A hét kutatója, biológia, genetika, gomba, informatika, interjú

2018/02/09

Egyre nagyobb számban okoznak betegséget a fertőző gombák. Ezek a lények kiválóan alkalmazkodnak még a gombaellenes szerekhez is, ami viszont arra is rámutat, hogy a közeljövőben egyre nagyobb méreteket ölthetnek az ilyen fertőzések. A megelőzés és kezelés lehetőségeit kutatja Imre Alexandra, biotechnológus. A Debreceni Egyetem Biotechnológiai és Mikrobiológiai Tanszékének doktorandusza főként bioinformatikai módszerekkel dolgozik és fiatal kora ellenére már több hazai és nemzetközi elismerésben is részesült.

– Miért terjednek egyre jobban a gombás fertőzések?

– Az emberek többsége élete folyamán többször is szenvedhet felületi gombás fertőzésektől, amiket általában könnyű felismerni. Azonban a világon több millióan szenvednek az életet is veszélyeztető gombás megbetegedésektől, melyek közül sokat nehéz diagnosztizálni, illetve kezelni. A halálozási ráta pedig sajnos elég magas: éves szinten világszerte mintegy 1,5 millióan vesztik életüket szisztémás mikózis következtében, ami eléri, illetve meghaladja a tuberkulózisban vagy a maláriában elhalálozók számát. Annak, hogy ilyen nagy számban fordulnak elő ezek a megbetegedések az a legfőbb oka, hogy egyre gyakrabban állnak elő a fertőzésre hajlamosító körülmények. Számos ilyen tényező ismert, például a cukorbetegség, de ide tartoznak az immunrendszert drasztikusan gyengítő körülmények is. Ezek többek között a HIV-fertőzés, a kemoterápia, valamint az antibiotikumok és kortikoszteroidok alkalmazása.

– Hogy jön ehhez az informatika?

– A modern szekvenáló módszereknek köszönhetően robbanásszerűen nőtt a rendelkezésünkre álló adatmennyiség az egyes gombafajok genomjáról és az általuk kódolt fehérjékről. Ezért egyre nagyobb jelentősége van az evolúció során történt genetikai változások bioinformatikai módszerekkel történő feltárásának. A vizsgálatokban a genom, egy adott gén vagy egy protein szekvenciáját hasonlítják össze programok segítségével. Az előbbi kettő esetében a DNS-t alkotó bázisszekvenciák illesztése történik, utóbbinál pedig a fehérje aminosav-szekvenciáját veszik alapul a számítógépes elemzés során.

– Ez egyszerűbb és olcsóbb, mintha laborban, kémcsőben csinálnák?

– Az evolúciós analíziseket alapvetően informatikai módszerekkel végzik. Ezt úgy kell elképzelni, hogy vannak a különböző szervezetek, mint például ember, ló, kutya. Az evolúciós kutatás alapjaként először is megszekvenálják a genomjukat, ami azt jelenti, hogy meghatározzák a DNS-ük bázissorrendjét, ez alapján meg tudjuk mondani, hogy ez egy kutyának a DNS-e, az egy lóé és így tovább. A genomi DNS-t olyan szakaszokra lehet bontani, amik egy-egy tulajdonságot, illetve fehérjét határoznak meg. Ezek a gének. Hasonlítsuk most a genomot egy szöveges fájlhoz, amiben meg akarunk keresni egy szót. A szó a mi esetünkben a gén. Az evolúciós kutatások során egy programnak kell megadni a keresendő gént, ami ez után megadja, hogy az milyen számban és hol található meg a DNS-ben. Ugyanezen az elven működnek a fehérjéket összehasonlító algoritmusok is.

Az Aspergillus fumigatus fonalas gomba telepe

Milyen területeken lehet ezt a módszert használni?

– Az előző kutatásomban például a leggyakrabban fertőzést okozó gombafajok védekező folyamataiban résztvevő fehérjéknek a bioinformatikai vizsgálatát végeztem el. A cél az volt, hogy megállapítsuk, életképes marad-e a gomba abban az esetben, ha a rendszer egy adott elemét, pontosabban az egyik enzimet, működésképtelenné tesszük. Ezeknek az enzimeknek a feladata a sejt optimális állapotának fenntartása. Eltávolítják a gomba alkotóelemeit károsító molekulákat, így az védekezni tud az emberi immunrendszerrel szemben.

– Most is ez a fő kutatási területe?

– Nem. A jelenlegi munkám célja a napjainkban is számos területen használt pékélesztő vasanyagcseréjének részletesebb megértése. Az általunk vizsgált fehérje az élővilágban gyakorlatilag a baktériumoktól az emlősökig megtalálható, és szerepet játszik abban, hogy a hemet biliverdinné, szén-monoxiddá és vassá bontsa le. Így teszi lehetővé, hogy a patogén organizmusok a gazdaszervezetből vashoz jussanak, ami rendkívül fontos a túléléshez és a növekedéshez. Az eredmények segíthetik új terápiás eljárások kifejlesztését is.

– A pékélesztő mint tudományos kutatási téma elég meglepőnek tűnik első hallásra.

– Igen, valóban annak tűnhet, azonban a pékélesztő az egyik legelterjedtebb modellorganizmus a mikrobiológia területén. A fermentált termékek és kenyérkészítésben betöltött szerepe az egyik legfontosabb mikrobává tette az emberi történelem során. Így szervezetünk akár napi szinten is találkozhat ipari forrásból, probio-tikumokból vagy egyéb termékekből származó élesztővel, és bár általánosan biztonságos mikrobáknak tekintjük, egyre több bizonyíték van arra, hogy esetenként képesek patogénként is viselkedni. Tehát ezen gombák fiziológiájának és evolúciójának megértése klinikai szempontból is fontos. A fertőzés mechanizmusát azonban sajnos még nem ismerjük, erre a jövőbeli kutatások remélhetőleg fényt derítenek majd.

– Ha jól értem, a fertőzések mechanizmusának megértése nagy lépés lesz a fertőzések megelőzése érdekében?

– Igen, fontos a megelőzés, de több problémával is meg kell küzdeni. Ma még – az antibiotikumokhoz képest – a szisztémásan alkalmazható antimikotikumokból, azaz gombaellenes gyógyszerekből nagyságrendekkel kevesebb létezik. Emellett egyre több gondot okoz a rezisztencia nem csak a bakteriális, hanem a gombás fertőzések kezelésénél is. Ez olyan törzsek megjelenéséhez vezet, amiket a napjainkban alkalmazott gombaellenes szerek alkalmazásával nem, vagy csak nagyon nehezen lehet visszaszorítani. A hatékonyabb védekezés érdekében növelni kellene az antifungális szerek tárházát. Korábban részt vettem egy munkában, aminek a célja az volt, hogy kiderítsük, milyen genetikai változások húzódnak meg a rezisztencia jelensége mögött. Tehát léteznek olyan kutatások, amik ezzel a területtel foglalkoznak. Tovább nehezíti a helyzetet, hogy a gombák, hozzánk hasonlóan eukarióta szervezetek, tehát sejtfelépítésük kevésben tér el a miénktől. Ezért jelent kihívást olyan új molekuláris célpontot találni bennük, amit meg lehetne támadni anélkül, hogy az emberi sejteket károsítanánk.

Gombafonalakkal növekedő Candida albicans-telep

 De iparilag is fontosak ezek a szervezetek, mivel egyes fajaikkal antibiotikumokat és más gyógyhatású készítményeket, továbbá az élelmiszeripar által is hasznosítható termékeket állítanak elő.

– Csak gyógyszerrel lehet védekezni vagy van más megoldás is?

– A gomba típusa alapján több megoldás is lehetséges. Amennyiben obligát patogén gombáról van szó, ami eredetileg nem része a szervezet természetes mikroflórájának, akkor az általa okozott fertőzés általában célzott gombaellenes kezeléssel megszüntethető. A fakultatív patogén gombák ezzel szemben normál körülmények között is megtalálhatóak a szervezetünkben, vagy annak környezetében. Ezért a betegség megszüntetéséhez nem csak gombaellenes szerek alkalmazása, hanem a kiváltó okok megszüntetése is szükséges. Ahogy korábban említettem a megbetegedés kialakulásáért legtöbb esetben az immunrendszer legyengülése, illetve a természetes mikroflóra felborulása a felelős, azonban a hajlamosító tényezőket és a patomechanizmust még nem értjük pontosan, így ez jelenleg is aktív és nagyon fontos kutatási területnek számít.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2017/41