Salamon, Antal2020. október 24., szombat
Tudomány

A Yellowstone tavaiból származik a koronavírus-tesztek egyik alapeleme

National Geographic Magyarország

A nemzeti park hőforrásokkal és gejzírekkel teli területén honosak azok a különös létformák, amelyek felfedezésük után két évtizeddel átalakították az orvostudományt.

Forrás: Pixabay

Az 1960-as években Thomas Brock mikrobiológus a Yellowstone forró vizű tavainak vidékét járta be, és a park különleges környezeti viszonyaihoz alkalmazkodott baktériumait vizsgálta, amikor rábukkant az orvostudományt átalakító baktériumokra.  A Mushroom Spring (Gomba-forrás) mentén egy diákjával talált rá arra, az aranysárga szálakból álló baktériumszőnyegre, amelynek egyik mikrobája különösen jó hőtűrő képességű enzimet termelt – számolt be a nationalgeographic.com.

Thomas Brock, a jelenleg 93 éves kutató ma sem pihen, a préri egykori élővilágának visszaállításán dolgozik.
Forrás: University of Wisconsin/ HYUNSOO LÉO KIM

 

Ma ezt az enzimet a PCR (polimeráz-láncreakció) technikájához használják világszerte a laboratóriumokban, s ez a módszer segíti a különböző biológiai mintákban a koronavírus jelenlétének kimutatását is. Az enzim ahhoz szükséges, hogy a segítségével megsokszorozzák a vírus örökítőanyagát annyira, hogy azt azután már mérni lehessen. A hőtűrő baktériumok jó fél évszázaddal ezelőtti felfedezése nélkül ma nem volna lehetőségünk alkalmazni ezt a technológiát a COVID-19 fertőzések esetén sem.

Extrém létformák a Yellowstone-ban

1964 nyarán Brock épp átautózott az országon, amikor Yellowstone közelében eszébe jutott, hogy sose látta még a nemzeti parkot, és megállt körülnézni. „Soha életemben nem láttam még hőforrásokat” – mesélte egy visszaemlékezésében. A park egy vadőrét faggatta a gőzölgő vízben élő színes mikrobaszőnyegekről, és akkor vált számára igazán izgalmassá a helyzet, amikor kiderült, hogy jóformán még sose vizsgálták ezeket a lényeket.
Brock tisztában volt vele, hogy a Yellowstone meleg vizű tavaiban mindenféle életformának jól kell tűrnie az extrém hőmérsékleteket. Némelyik tavacska vize szó szerint forr, azonban, amint azt hamarosan felfedezte, még ezekben is van élet.

Az év egy későbbi szakaszában Brock visszatért a Yellowstone-ba alaposabb vizsgálatokat végezni, s ekkor bukkant rá a 88 Celsius-fokos Octopus Spring (Polip-forrás) peremén lévő zselészerű anyagra. Akkor a szakemberek úgy gondolták ez a forróság az élet felső tűréshatárán. Brock begyűjtötte a kívánt mintát, és csak két szót jegyzett le a terepi munkanaplójába: „kétségkívül élőlények”.
Mivel további felfedezéseket sejtett még a parkban, 1966-ban, egy hallgatója, Hudson Freeze kíséretében visszatért a Mushroom Spring mikrobaszőnyegeinek vizsgálatára. Freeze kitenyésztette a mikrobák egy részét, hogy ki tudják deríteni, milyen életformákkal is állnak szemben.
„Szinte mindegyik mintában baktérium volt” – mondta Brock. Itt sikerült felfedezni a Thermus aquaticus nevű baktériumot is, amely azután a molekuláris biológia és az orvostudomány forradalmi változását elősegítette.

Mikrobákat használunk DNS-másolásra és a vírus kimutatására

A kutatók a DNS kettős spiráljának 1953-as felfedezése óta küzdenek e molekula különböző típusainak vizsgálatával, amelyhez nagy léptékű mintára volt szükség belőlük.

Az 1980-as években Kary Mullis, amerikai biokémikus sikeresen leutánozta azt a módszert, ahogyan a sejtek a DNS-ről természetes úton másolatot készítenek. Egy primerekből (kis DNS-darabokból) álló készlettel kijelölik azt a DNS-szakaszt, amelyet sokszorosítani szeretnének, majd egy DNS-polimeráz nevű enzim összeállítja az alapelemeiből a kívánt DNS-szakasz másolatát. „Ez majdnem olyan, mint egy másológép” – magyarázta Austin Shull, a Dél-Karolinai Presbiteriánus Főiskola molekuláris biológusa.

Mikrobaszőnyeg a Mushroom Spring vizében, ebből vonta ki Brock a később nagy karriert befutó baktériumot.
Forrás: National Park Service

A folyamat során a DNS-t felmelegítik, majd lehűtik, többször egymás után, s ezen melegítés-hűtés ciklusokban kb. megduplázódik a mennyiség a lezajló másolások révén. Azonban a módszer első próbálkozásai során a használt enzim mindig megsérült a melegítés hatására. Virginia Edgcomb mikrobiális ökológus, a Woods Hole Oceanográfiai Intézet kutatója azt mondta: „Nagyjából az történik, mint a tojássütéskor: a fehérjéket a hő kicsapódásra készteti.” A módszer persze még használható, ám rendkívül munka- és időigényes volt.

Mullis rájött, hogy a Yellowstone hőtűrő baktériuma rendelkezhet olyan enzimmel, amely szintén hőtűrő és túléli a melegítés-hűtési ciklusokat, és így, a segítségével sokszorosára gyorsítható a folyamat. Az évek során a kutatók oly módon fejlesztették tovább ezzel a hőtűrő enzimmel a technológiát, hogy gyakorlatilag automatizálni lehetett a DNS-másolást. Ma már több százmillió DNS-másolat készíthető néhány óra alatt, ennek köszönhetően. „A PCR-vizsgálat éveken át rendkívül kemény munkával járó kihívás volt, ma viszont könnyű, rutinfeladat” – mondta Julie Huber oceanográfus, szintén a Woods Hole Intézettől.

A COVID-19 tesztelés ugyanezt a módszert használja, pár kiegészítő lépéssel. A vírus nem DNS-ből, hanem RNS-ből felépülő örökítőanyagot használ, ez utóbbi csupán egyetlen szálból áll, és kissé eltérőek az alapelemei is (a DNS-t adenin, citozin, guanin és timin építi fel, az RNS-ben a timin helyett uracil található). Az RNS-t először DNS-sé kell alakítani, emellett a vírusból származó szakaszokat egy fluoreszcens jelzőmolekulával is ellátják a folyamat során. Amikor a teszt ellenőrzése zajlik, e fluoreszcens molekula világítása jelzi, hogy jelen van a vírusból származó örökítőanyag a mintában. Minél több a vírus, annál több másolat is készül a szakaszaiból a PCR során, és annál erőteljesebben fog világítani a minta.

Felfedezések ott, ahol a legkevésbé számítunk rájuk

Amikor Brock megállt a Yellowstone-nál megnézni a hévforrásokat, meg se fordult a fejében, hogy ez a döntése fogja forradalmasítani a DNS-vizsgálatokat. „Egyszerűen csak lehetőségem volt alapkutatást végezni, olyan munkát, amelyre sokan azt mondták, felesleges, hiszen nem volt meghatározott gyakorlati célja.”- hangzott el Brock beszédében, amelyet a Madison-Wisconsin Egyetemen tiszteletbeli tudományos fokozata átvételekor tartott. „Mi haszna lehetne annak, hogy élő baktériumokat keresünk a hévforrásokban és a bugyogó forró vizű tavakban a Yellowstone Nemzeti Parkban?”

A Mushroom Spring forrása körüli kis tó.
Forrás: NationaL Park Service

A felfedezés azonban megváltoztatta a világot. Egyrészt ma már ismerjük, hogy számos mikroba tökéletesítette a sajátságos módszerét ahhoz, hogy elviselje a különösen viszontagságos körülményeket, mint például egy vulkanikus eredetű forrás, vagy egy mélytengeri füstölő vizének extrém magas hőmérséklete. Ezekben az élőlényekben számtalan olyan biológiai mechanizmus alakult ki, amelyekről ma még sejtésünk sincs, és felfedezésre várnak.
Azzal, ha megértjük, miként működnek ezek a mikrobák, képesek leszünk magunkat megvédeni ellenük. Azonban ahhoz, hogy a gyakorlati alkalmazás egyáltalán felmerülhessen, előbb fel kell tárni, milyen lények élnek egy adott helyen, szükség van az alapkutatásra. „Amíg nincs meg maga az élőlény, addig nem állhat rendelkezésre a genetikai kódja sem, és addig nem tudjuk megismerni és alkalmazni a belőle kinyerhető tudást” – hangsúlyozta Julie Huber.

Hozzászólások

A fényszennyezés növelheti a szúnyogcsípések mennyiségét

A fényszennyezés növelheti a szúnyogcsípések mennyiségét

Az ember közelében élő, nappal aktív szúnyogok életmódját változtatja meg a világítás.

Magyar kutatók készítettek 3D-modelleket a kutyák agyáról

Magyar kutatók készítettek 3D-modelleket a kutyák agyáról

Digitalizált koponyák alapján rekonstruálták az ELTE és a Kaposvári Egyetem kutatói 24 kutyafajta és 4 vadon élő farkasféle agyát - tájékoztatta az ELTE az MTI-t.

A Yellowstone értékes alapanyagot adott az őslakosoknak

A Yellowstone értékes alapanyagot adott az őslakosoknak

A Yellowstone vulkánját leginkább csak a gejzírjeiről vagy a pusztító kitöréssel fenyegető rémhírekből ismerjük, holott egészen kézzel fogható és hasznos dolgokat is adott.

Milyen szerepük van a vadászpókoknak az almakártevők irtásában?

Milyen szerepük van a vadászpókoknak az almakártevők irtásában?

A pókok az almaültetvények lombkoronájában a leggyakoribb és legnagyobb fajszámban előforduló nagytestű ízeltlábú ragadozók közé tartoznak.

Lezajlott a mintagyűjtő manőver a Bennu kisbolygón

Lezajlott a mintagyűjtő manőver a Bennu kisbolygón

A NASA OSIRIS-REx űrszondája a tervek szerint hajtotta végre a szükséges lépéseket, de csak néhány nap múlva derül ki, hogy elegendő mintát tudott-e venni.

National Geographic 2020. októberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket