Egy fényűző vacsora 1919-ben, amely öt ember halálát okozta. Egy érdekes kísérlet a konzervipar megmentésére az 1920-as években. A második világháborús biológiai fegyver-program és a CIA Fidel Castro ellen irányuló művelete. Egy kozmetikai termék, amely eltünteti a ráncokat, és többmilliárd dolláros üzletté nőtte ki magát. Több mint 1000 baktériumgenom új elemzése érdekes módon köti össze ezeket az egymástól távolinak tűnő történéseket. A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) oldalain a napokban közzétett új eredmények megmutatják, hogyan változtatták meg a kutatók akaratlanul is egy veszélyes baktérium evolúcióját, amely így jelentős orvosi és kereskedelmi potenciálra tett szert.
Tragédiából fellendülő kutatás
A kérdéses mikroba a Clostridium botulinum, amelynek neurotoxinja megszakítja az idegek közötti kommunikációt, így az izmok megbénulnak, és az áldozatok megfulladnak. A grammonkénti arányokat tekintve a BoNT néven ismert toxin az egyik leghalálosabb ismert természetes anyag. És ami még veszélyesebbé teszi, hogy a C. botulinum spórái oxigénmentes körülmények között – például a konzerv-élelmiszerekben – is „felébredhetnek”, és toxint termelő baktériumokká fejlődhetnek.
Pontosan ez történt a kaliforniai olajbogyó-konzervekben rekedt spórákkal az 1919-es nagy olajbogyó-mérgezés során, amelynek nyomán Murray Sales detroiti iparmágnás és felesége, két gyermekük, egy vendég és két szobalány is életét vesztette egy vacsora után. Két másik államban további kilenc ember halt meg a konzervek miatt. A tragédiák komoly fenyegetést jelentettek a virágzó konzerviparra nézve, és új mikrobiológiai kutatási hullámot indítottak el, valamint egy olyan kaliforniai törvény megalkotásához vezettek, amely kötelezte az ipart, hogy a termékeket magasabb hőmérsékleten kezeljék. A küzdelemhez csatlakozó kutatók között volt Ivan Clifford Hall, a Kaliforniai Egyetem bakteriológusa, aki C. botulinum-izolátumokból álló gyűjteményt állított össze.
Az egyik, Hall A névre keresztelt törzs fontos laboratóriumi munkaeszköz lett, amelyet újra és újra szaporítottak. Ennek során pedig domesztikálódott – az emberi beavatkozás által vezérelt evolúció átformálta, akárcsak számtalan más növényt, állatot és mikrobát. A Hall A elvesztette spóraképző képességét, ami megkönnyítette a szakértők számára a BoNT tisztítását, ráadásul rendkívül nagy mennyiségű toxint termelt. Ezen tulajdonságai miatt Hall nevezetes baktériumtörzse az amerikai katonai kutatók kedvencévé vált, akik 1942-ben elkezdték felhasználni biológiai fegyverek és egy botulizmus elleni vakcina előállításához.
A hadsereg megosztotta a Hall A-t másokkal is. Az 1960-as évek elején a CIA egy – végül meghiúsult – műveletbe kezdett Fidel Castro kubai vezető meggyilkolására azzal, hogy egy doboz szivart BoNT méreggel szennyeztek be. (Az Egyesült Államok 1969-ben felhagyott biológiai fegyver-programjával, és három évvel később aláírta a biológiai fegyverek korlátozásáról szóló egyezményt.) Körülbelül ugyanebben az időben egy katonai kutató magával vitte egy Hall A-tenyészetet, amikor a Wisconsini Egyetemre tette át székhelyét. Készleteit megosztotta azt egy kaliforniai szemészorvossal is, aki majmokon végzett kísérleteket annak vizsgálatára, hogy a BoNT képes-e ellazítani a szemizmokat, abban a reményben, hogy gyógymódot talál a szemtengely-ferdeségre, azaz a kancsalságra.
„Ez valóban egy olyan történet, amelynek során a kardból eke lett”
– mondja Paul Keim mikrobiológus, az Észak-Arizonai Egyetem (NAU) kutatója, az új tanulmány első szerzője.
Furcsa hozadékok és jogi csaták
Az 1980-as években Andy Pickett brit mikrobiológus és munkatársai gyógyszergyártó cégekkel együttműködve sikerrel igazolták, hogy a Hall A törzs által termelt BoNT apró adagjai – a gramm milliárdod részei – révén lehetséges kezelni az embereknél előforduló kancsalságot. 1989-ben az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal (FDA) jóváhagyta a tisztított toxint mind a kancsalság, mind a szemhéjgörcsök kezelésére.
De ezen a ponton nagyon érdekes dolog történt:
„Néhány beteg arról számolt be, hogy a kezelés hatására megszűnt a migrénje, és az arcán lévő ráncok is eltűntek”
– emlékszik vissza Pickett. Kiderült, hogy a botox – ahogy a szert ma nevezik – apró mennyiségekben ideiglenesen megbénítja azokat az arcizmokat is, amelyek a szem, a homlok és az orr körüli ráncokat okozzák.
A botox napjainkban csupán egy a több tucatnyi, BoTN hatóanyagú termék közül, amelyek kapcsán több a tulajdonjogokkal, valamint a gyártási titkokkal kapcsolatos jogi csata is kirobbant a gyártó cégek között. Pickettet és Keimet is szakértő tanúként hívták be több ilyen ügyben is. Utóbbi korábban az FBI-jal együttműködve részt vett a 2001-es támadássorozatban felhasznált antrax eredete utáni nyomozásban.
A vitatott törzsek közötti eltérések feltárásának elősegítése érdekében Keim azt javasolta az ügyvédeknek, hogy vonják be a munkába Richard Lenskit is, a Michigan Állami Egyetem evolúciós biológusát, aki 1988-ban indított egy mára híressé vált kísérletet, amelynek keretében 12 azonos Escherichia coli-populációt követett nyomon, és dokumentálta, hogyan fejlődnek azok az évtizedek során. (A vizsgálat még mindig folyik, közel 85 ezer generációval később.)
Evolúció a Petri-csészében
Az ügyben végzett munkájuk részeként a kutatók a nyilvánosan elérhető genomszekvenciák és a saját maguk által szekvenált genomok alapján összeállították a C. botulinum családfáját.
Megállapították, hogy a Hall A törzs és annak kereskedelmi leszármazottai a családfa egy meglepően terjedelmes ágán helyezkednek el, ami arra utal, hogy az adott leszármazási vonalba tartozó törzsek sokkal gyorsabban mutálódtak, mint rokonaik.
„Ez eszembe juttatta, amit az E. colival végzett kísérleteink során tapasztaltunk” – magyarázza Lenski. Azokban a vizsgálatokban néhány laboratóriumban tenyésztett törzs, amely a szokásosnál gyorsabban kezdett mutálódni, hibát tartalmazott egy, a DNS-javításban részt vevő génben. Lenski javaslatára Keim és Jason Sahl, az NAU mikrobiális genom kutatója megvizsgálták ezt a gént, hogy hasonló hibákat keressenek a Hall A-törzs és közeli rokonai esetében. És valóban találtak is egyet: egy mutációt a mutS nevű génen.
Keim szerint a mutáció valószínűleg akkor történt, amikor Hall a törzzsel dolgozott. A természetben valószínűleg hamar eltűnt volna, de a laboratóriumban virágzott, részben azért, mert a szakértők előnyben részesítették azokat a C. botulinum-tenyészeteket, amelyeknél a mutáció hatása megnyilvánult. A mutS ugyanis megakadályozza, hogy a C. botulinum energiát pazaroljon spóraképzésre, így a baktériumok jól szaporodnak és szokatlanul nagy mennyiségű toxint termelnek. A baktériumok anyagcsere-útvonalai most már a laboratóriumi életre vannak finomhangolva, szemben a természetben való élettel, mondja Keim.
„Ez a munka valóban egy fantasztikus tudásbeli rést tölt ki” – mondja Pickett, aki mára már nyugdíjba vonult, és nem vett közvetlenül részt a vizsgálatban. A kutatás jóval többet kínál annál, mint hogy csupán bepillantást nyújtana a Hall-féle törzs történetébe és az ember által irányított szelekcióba, mondja Hong Lei, egy mozgászavarokra szakosodott szemész és neurológus, aki a BoNT toxint különböző orvosi alkalmazásokhoz használja.
„Az eredmények hangsúlyossá teszik, hogy a biológiai terápiák élő szervezetekből származnak, amelyek folyamatos evolúciója befolyásolhatja a gyártást, a termék konzisztenciáját és a jövőbeli gyógyszerfejlesztést”
– mondja Lei.
Pickett külön örül annak, hogy a kutatás Hall szerepére helyezi a fókuszt, aki szerinte méltatlanul elfeledett hőse a botox és a rokon szerek történetének. Bár Hall „elképesztő” anaerob organizmusokból álló gyűjteményének egy része más laboratóriumokba is eljutott, ezek nagy része már nem létezik. A Hall A-törzs genetikájának feltárása, szép tisztelgés egy igen rejtélyes kutató előtt, mondja Pickett.
