Mikrob koji je koristio dr Stiven Volas, profesor hemijske biotehnologije na Univerzitetu u Edinburgu, bio je Ešerihija koli.

Ova štapićasta bakterija se nalazi u crevima ljudi i životinja, a mnogo nam je poznatija kao izazivač vrlo neprijatnih infekcija kojih se teško rešavamo.

Profesor Volas ju je automatski izabrao jer se određeni sojevi E. koli koji nisu patogeni intenzivno koriste u laboratorijama za biotehnologiju i inženjersku biologiju kako bi se testiralo da li nešto može da funkcioniše.

E. koli je glavni „radni konj“ u ovoj oblasti, kaže profesor Volas, koji ju je takođe genetski modifikovao u laboratoriji da bi plastični otpad pretvorio u aromu vanile, a otpad od masti iz kanalizacije u parfem.

„Ako želite da dokažete da je nešto moguće uz pomoć biologije, E. koli je prirodna prva faza“, naglašava profesor.

Profesor Volas je modifikovao Ešerihiju koli da proizvodi ukus vanile i parfem

Upotreba mikroba nije ograničena samo na laboratoriju. Industrijski, posude sa genetski modifikovanom E. koli koriste se kao žive fabrike koje proizvode razne proizvode, od farmaceutskih proizvoda poput insulina, vitalnog za lečenje dijabetesa, do raznih hemikalija koje se koriste za proizvodnju goriva i rastvarača.

Kako je E. koli postala takav oslonac biotehnologije

Dominacija E. koli proizilazi iz njene uloge modalnog organizma za razumevanje opštih bioloških principa, objašnjava Tomas Silhavi, profesor molekularne biologije na Univerzitetu Prinston, koji već oko 50 godina sprovodi studije o ovoj bakteriji i dokumentovao je njenu istoriju.

Drugi poznati modalni organizmi uključuju miševe, voćne mušice i pekarski kvasac. Kvasac, poput E. koli, takođe je postao neprocenjiv alat u biotehnologiji, kako u laboratoriji tako i u industriji – ali ima složeniju ćelijsku strukturu i različite primene.

Ešerihiju koli prvi put je izolovao 1885. godine nemački pedijatar Teodor Ešerih, proučavajući mikrobe creva odojčadi. Kako je brzo rastuća i laka za rad, naučnici su počeli da je koriste za proučavanje osnovne bakterijske biologije.

Zatim, četrdesetih, jedna „slučajnost“ joj je donela veliku slavu, dodaje prof. Silhavi.

Nepatogeni soj E. coli (K-12) korišćen je da bi se pokazalo da se bakterije ne samo dele, već mogu da prođu kroz „bakterijski seks“ gde dele i rekombinuju gene kako bi stekle nove osobine.

Ešerihija koli je jedan od prvih organizama čiji je ceo genom sekvenciran

To je bilo prekretničko otkriće i E. koli je postala „veoma omiljeni organizam svih“, kaže profesor.

Centralna uloga u otkrićima

To je dovelo do toga da E. koli odigra centralnu ulogu u mnogim drugim otkrićima i prekretnicama u genetici i molekularnoj biologiji.

Korišćena je za dešifrovanje genetskog koda, a sedamdesetih je postala prvi organizam genetski modifikovan kada je u njega umetnuta strana DNK – postavljajući temelje moderne biotehnologije.

Takođe je rešila problem sa proizvodnjom insulina. Insulin od goveda i svinja korišćen je za lečenje dijabetesa, ali je kod nekih pacijenata izazivao alergijske reakcije.

Ali 1978. godine proizveden je prvi sintetički insulin za ljudsku upotrebu pomoću E. koli, što je bio ogroman proboj.

Godine 1997. postala je jedan od prvih organizama čiji je ceo genom sekvenciran, što ga je učinilo lakšim za razumevanje i manipulaciju.

Robusna i neuništiva

Adam Fajst, profesor na Univerzitetu Kalifornije u San Dijegu, koji razvija mikrobe za industrijske primene, kaže da ceni E. koli zbog njenih mnogih korisnih karakteristika.

Pored ogromnog znanja akumuliranog o njenoj genetici i alata koji je olakšavaju za inženjering, bakterija brzo i predvidljivo raste na širokom spektru podloga. Nije „fiktivna“ kao neke, može se zamrznuti i oživeti bez problema i neobično je dobra u prihvatanju strane DNK.

Veoma je ekonomična i iz nje može da se dobije skoro sve

„Što više radim sa više mikroorganizama, to više cenim koliko je E. koli robusna“, kaže Fajst.

Sintija Kolins, direktor u “Ginkgo Bioworksa”, kompaniji koja pomaže firmama da razviju svoje biotehnološke proizvode i pomogla im je u industrijskoj upotrebi E. koli.

Iako je registar organizama dostupnih za proizvodnju velikih razmera nešto širi nego što je bio pre nekoliko decenija – kada je E. koli najčešće bila jedini izbor – ona često i dalje može biti „dobar izbor“ u zavisnosti od proizvoda, kaže dr Kolins. (Čak i uz najintenzivniji bioinženjering, E. koli ne može da proizvede baš sve).

„Veoma je ekonomična, možete ispumpati mnogo toga“, ističe, ali napominjući da ako bakterija proizvodi nešto toksično za ćelije, tolerancija se često može inženjerski stvoriti.

Možda ima boljih, ali ih ne tražimo

Ipak, postoje neki koji se pitaju da li nas dominacija E. koli možda sprečava da pronađemo najbolja biotehnološka rešenja za naše probleme.

Pol Jensen, mikrobiolog i inženjer na Univerzitetu u Mičigenu, proučava bakterije koje žive u našim ustima. Nedavno je analizirao koliko je većina drugih bakterija nedovoljno proučena u odnosu na E. koli.

Naučnici veruju da će V. net skinuti Ešerihiju sa trona

Njegova poenta je da, dok mi napredujemo sa sve opsežnijim inženjeringom E. koli da bi se postigle izuzetne stvari, možda postoje i drugi mikrobi koji te stvari rade prirodno – i bolje – a koji nisu predmet pažnje i propuštamo da imamo koristi od njih jer se ne traže niti proučavaju.

Bio-istraživanje na deponijama, na primer, moglo bi otkriti mikrobe koji su počeli da jedu ne samo plastiku već i sve vrste drugog otpada, naglašava Jensen. I mogle bi postojati bakterije koje rade stvari – poput pravljenja cementa ili gume – za koje nismo ni pretpostavljali da postoje.

Samo bakterije koje žive u našim ustima nadmašuju E. koli po toleranciji na kiselinu, napominje mikrobiolog.

„Toliko smo duboko upoznati sa E. koli da ne istražujemo dovoljno ništa drugo.“

Na tragu alternativi

Postoje neke alternative na kojima ljudi rade kako bi povećali broj opcija – uključujući Vibrio natriegens (V. nat), koji je počeo da privlači pažnju kao potencijalni konkurent E. koli.

V. nat je prvi put izolovan iz slane močvare u američkoj državi Džordžiji još šezdesetih, ali je ostao uglavnom zanemaren u kolekcijama kultura i zamrzivačima do sredine dvehiljadedesetih kada je prepoznat po svojoj neverovatno brzoj stopi rasta – dvostruko većoj od E. koli – što bi mogla biti značajna industrijska prednost.

Takođe je daleko efikasniji u primanju strane DNK, kaže Baz Barstou, biološki i ekološki inženjer na Univerzitetu Kornel, koji je među onima koji razvijaju ovaj organizam, i kaže da je njegova sposobnost u poređenju sa E. koli kao „prelazak sa konja na automobil“.

Fokus dr Barstoua na V. nat jeste njegova želja da vidi mikrobe koji se koriste za rešavanje velikih izazova održivosti – od proizvodnje mlaznog goriva iz ugljen-dioksida i zelene električne energije do rudarstva retkih zemnih metala.

„Jednostavno rečeno, E. koli nas neće dovesti do nijedne od ovih vizija. V. natriegens bi mogao“, smatra Barstou.

Ove godine njegova laboratorija je osnovala kompaniju, “Forage Evolution”, koja radi na alatima koji će istraživačima olakšati njegovo inženjerstvo u laboratoriji.

V. nat nudi atraktivna svojstva, priznaje profesor Fajst, ali ti genetski alati potrebni za široku upotrebu još uvek nedostaju, i još uvek se nije dokazao u velikim razmerama. „E. koli je teško zameniti.“