Před několika měsíci dosáhli britští vědci významného objevu, když se jim podařilo najít nový způsob využití odpadního plastu. Běžnou bakterii totiž geneticky upravili tak, aby dokázala strávit molekulu odvozenou z plastu, a následně z ní vyrobila běžný lék proti bolesti – paracetamol.
Ve zmíněném experimentu byla použita bakterie jménem Escherichia coli, která je známá spíše jako E. coli. Ta se obvykle nachází ve střevech lidí a zvířat, přičemž většina z nás ji má pravděpodobně spojenou jen s tím, že může způsobit žaludeční onemocnění, jako jsou třeba křeče, nevolnosti, zvracení nebo průjmy.
Pro většinu vědců, kteří se věnují experimentálnímu výzkumu v biotechnologických laboratořích či v laboratořích inženýrské biologie, ale E. coli představuje především extrémně užitečný nástroj. Některé kmeny této bakterie totiž nejsou patogenní, přičemž díky mnoha svým dalším užitečným vlastnostem se používají právě při různých testech.
„Pokud chcete ověřit, zda je v biologii něco možné, E. coli je přirozenou první volbou,“ řekl BBC Stephen Wallace, profesor chemické biotechnologie na Univerzitě v Edinburghu.
Rychlý růst i schopnost hostovat cizí DNA
Současná dominance E. coli v mikrobiologickém výzkumu pramení podle vědců z toho, že se jedná o jakýsi modelový organismus sloužící pro pochopení obecných biologických principů. Lze tedy říct, že tyto bakterie patří do stejné kategorie, jako například laboratorní myši, octomilky nebo pekařské droždí.
Rozsáhlejší výzkum tohoto mikroorganismu odstartoval ve 40. letech 20. století, kdy bylo u nepatogenního kmenu E. coli (K-12) zjištěno, že bakterie se nejen dělí, ale mohou také podléhat „bakteriálnímu pohlaví“. To znamená, že sdílejí a kombinují své geny, aby získaly nové vlastnosti. Spolu s fakty, že tato bakterie rychle roste a snadno se s ní pracuje, se E. coli rychle stala velmi oblíbeným organismem všech mikrobiologů. V následujících desetiletích tedy sehrála důležitou roli v mnoha zásadních objevech v genetice a molekulární biologii.
Významným milníkem bylo například to, že v 70. letech 20. století se E. coli stal prvním organismem, který byl geneticky modifikován, když do něj byla úspěšně vložena cizí DNA. To položilo základy moderní biotechnologie. V roce 1978 byl pak s pomocí E. coli vyroben první syntetický lidský inzulin, což byl obrovský zlom obzvláště pro diabetiky. A v roce 1997 se bakterie stala jedním z prvních organismů, jejichž celý genom byl sekvencován, což výrazně usnadnilo pochopení jejího fungování.
„E. coli má skutečně mnoho užitečných vlastností. Především máme k dispozici rozsáhlé znalosti o její genetice i nástroje, které usnadňují práci s ní. Zároveň se jedná o bakterii, jež roste rychle a předvídatelně. Není tedy vybíravá jako některé jiné, lze ji bez problémů zmrazit a oživit, a je neobvykle dobrá v hostování cizí DNA. Čím více pracuji s mikroorganismy, tím více si vážím toho, jak robustní E. coli je,“ shrnul profesor na Kalifornské univerzitě v San Diegu Adam Feist.
S jeho názorem souhlasí rovněž Wallace, který už E. coli geneticky upravil tak, aby dokázala přeměnit plastový odpad na vanilkovou příchuť nebo tukový odpad z kanalizace na parfém. Velké využití má ale bakterie i v průmyslu, kde s její pomocí vzniká řada produktů od léčiv až po různé chemikálie, které následně slouží třeba pro výrobu paliv či rozpouštědel.
Konkurence zatím zaostává
Ačkoliv E. coli se k výzkumným účelům hodí skutečně velmi dobře, někteří vědci se v poslední době zabývají i tím, zda nám dominance této bakterie nebrání v nalezení ještě lepší alternativy. Jedním z nich je třeba mikrobiolog a inženýr na Michiganské univerzitě Paul Jensen, jehož nedávná analýza zjistila, jak málo prozkoumaná byla většina ostatních bakterií v porovnání s E. coli.
Velký potenciál mají podle amerického výzkumníka například bakterie vyskytujících se na skládkách, které mohly začít přirozeně „konzumovat“ nejen plasty, ale i nejrůznější další odpad. Zajímavé jsou pak údajně rovněž bakterie nacházející se v lidských ústech, jelikož překonávají E. coli třeba v toleranci vůči kyselinám. „V současnosti se vědci zabývají výzkumem E. coli až tak moc, že dostatečně nezkoumají jiné mikroby,“ uvedl Jensen.
Slibnou alternativou, jež v poslední době získává stále větší pozornost vědců, je třeba Vibrio natriegens (V. natriegens). Tato bakterie se vyznačuje především svým ultrarychlým růstem, který je zhruba dvojnásobný oproti E. coli, a je také mnohem efektivnější v přijímání cizí DNA.
Důvodů, proč by V. natriegens mohl být pro vědce lepší alternativou, je přitom mnoho. Třeba biologický a environmentální inženýr z Cornell University Buz Barstow se na bakterii zaměřuje proto, že ji chce použít k řešení velkých výzev v odvětví udržitelnosti. To zahrnuje třeba výrobu leteckého paliva z oxidu uhličitého a zelené elektřiny nebo pomoc s těžbou kovů vzácných zemin. „E. coli nás k žádné z těchto vizí nedostane, V. natriegens by ale mohl,“ zmínil Barstow.
Někteří jiní vědci ovšem tvrdí, že ačkoliv V. natriegens nabízí mnohé atraktivní vlastnosti, genetické nástroje potřebné pro jeho široké využití zatím chybí. Dá se tedy očekávat, že „králem“ mikrobiologického výzkumu ještě nějakou dobu zůstane právě bakterie E. coli.
