O cină luxoasă în 1919, care a provocat moartea a cinci oameni. Un experiment interesant pentru salvarea industriei conservelor în anii 1920. Programul de arme biologice din al Doilea Război Mondial și operațiunea CIA îndreptată împotriva lui Fidel Castro. Un produs cosmetic care face să dispară ridurile și care a devenit o afacere de miliarde de dolari. Noua analiză a peste 1000 de genomuri bacteriene leagă în mod surprinzător aceste evenimente aparent îndepărtate unele de altele. În paginile revistei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) au fost publicate zilele trecute niște rezultate noi, care arată cum au modificat cercetătorii, fără să vrea, evoluția unei bacterii periculoase, care a căpătat astfel un potențial medical și comercial semnificativ.
Cercetare înflorită din tragedie
Microbul în cauză este Clostridium botulinum, a cărui neurotoxină întrerupe comunicarea dintre nervi, astfel că mușchii se paralizează, iar victimele se sufocă. Raportat la gram, toxina cunoscută sub numele de BoNT este una dintre cele mai letale substanțe naturale cunoscute. Și ceea ce o face și mai periculoasă este faptul că sporii de C. botulinum se pot „trezi” chiar și în condiții lipsite de oxigen – de exemplu în conservele alimentare – și se pot transforma în bacterii producătoare de toxină.
Exact asta s-a întâmplat cu sporii rămași în conservele de măsline din California în timpul marii intoxicații cu măsline din 1919, în urma căreia magnatul industrial din Detroit Murray Sales, soția sa, cei doi copii ai lor, un oaspete și două cameriste și-au pierdut viața după o cină. În alte două state au mai murit nouă oameni din cauza conservelor. Tragediile au reprezentat o amenințare serioasă pentru industria conservelor aflată în plină înflorire, au declanșat un nou val de cercetări microbiologice și au dus la adoptarea unei legi în California, care obliga industria să trateze produsele la temperaturi mai ridicate. Printre cercetătorii care s-au alăturat acestei lupte s-a numărat Ivan Clifford Hall, bacteriolog la Universitatea din California, care a alcătuit o colecție de izolate de C. botulinum.
Una dintre tulpini, botezată Hall A, a devenit un instrument de lucru important de laborator, fiind multiplicată iar și iar. În acest proces s-a domesticit – evoluția dirijată de intervenția umană a remodelat-o, la fel ca nenumărate alte plante, animale și microbi. Hall A și-a pierdut capacitatea de a forma spori, ceea ce a ușurat purificarea BoNT de către specialiști, și, în plus, producea o cantitate extrem de mare de toxină. Din cauza acestor însușiri, celebra tulpină bacteriană a lui Hall a devenit favorita cercetătorilor militari americani, care au început să o folosească în 1942 la producerea de arme biologice și a unui vaccin împotriva botulismului.
Armata a împărțit Hall A și cu alții. La începutul anilor 1960, CIA a demarat o operațiune – eșuată în cele din urmă – pentru asasinarea liderului cubanez Fidel Castro, contaminând o cutie de trabucuri cu otravă BoNT. (Statele Unite au renunțat la programul de arme biologice în 1969, iar trei ani mai târziu au semnat convenția privind interzicerea armelor biologice.) Cam în aceeași perioadă, un cercetător militar a luat cu el o cultură de Hall A când și-a mutat sediul la Universitatea din Wisconsin. Și-a împărțit proviziile și cu un oftalmolog din California, care făcea experimente pe maimuțe pentru a examina dacă BoNT poate relaxa mușchii ochilor, în speranța de a găsi un remediu pentru devierea axei ochilor, adică pentru strabism.
„Aceasta este într-adevăr o poveste în care sabia a fost transformată în plug”
– spune microbiologul Paul Keim, cercetător la Universitatea Northern Arizona (NAU), primul autor al noului studiu.
Câștiguri ciudate și bătălii juridice
În anii 1980, microbiologul britanic Andy Pickett și colegii săi, în colaborare cu companii farmaceutice, au demonstrat cu succes că doze minuscule de BoNT produse de tulpina Hall A – miimi de milionimi de gram – pot trata strabismul la oameni. În 1989, Agenția americană pentru Alimente și Medicamente (FDA) a aprobat toxina purificată pentru tratarea atât a strabismului, cât și a spasmelor pleoapelor.
Dar în acest punct s-a întâmplat ceva foarte interesant:
„Unii pacienți au raportat că în urma tratamentului le-a dispărut migrena și li s-au șters și ridurile de pe față”
– își amintește Pickett. S-a dovedit că botoxul – așa cum se numește astăzi produsul – în cantități mici paralizează temporar și mușchii feței care provoacă ridurile din jurul ochilor, de pe frunte și din jurul nasului.
Botoxul este în prezent doar unul dintre cele câteva zeci de produse cu substanță activă BoNT, în legătură cu care au izbucnit între companiile producătoare și bătălii juridice privind drepturile de proprietate, precum și secretele de fabricație. Atât Pickett, cât și Keim au fost chemați ca martori experți în mai multe astfel de cazuri. Cel din urmă a participat anterior, în colaborare cu FBI, la ancheta privind originea antraxului folosit în seria de atacuri din 2001.
Pentru a ajuta la descoperirea diferențelor dintre tulpinile aflate în dispută, Keim a propus avocaților să-l implice în lucru și pe Richard Lenski, biolog evoluționist la Universitatea de Stat din Michigan, care a început în 1988 un experiment devenit între timp celebru, în cadrul căruia a urmărit 12 populații identice de Escherichia coli și a documentat cum evoluează acestea de-a lungul deceniilor. (Studiul este încă în desfășurare, la aproape 85 de mii de generații distanță.)
Evoluție în cutia Petri
În cadrul activității lor în acest caz, cercetătorii au alcătuit arborele genealogic al lui C. botulinum pe baza secvențelor genomice disponibile public și a genomurilor secvențiate de ei înșiși.
Au constatat că tulpina Hall A și descendenții ei comerciali se află pe o ramură surprinzător de voluminoasă a arborelui genealogic, ceea ce sugerează că tulpinile din linia respectivă au mutat mult mai rapid decât rudele lor.
„Asta mi-a amintit de ceea ce am observat în experimentele noastre cu E. coli” – explică Lenski. În acele studii, unele tulpini crescute în laborator, care au început să mute mai repede decât de obicei, aveau o defecțiune într-o genă implicată în repararea ADN-ului. La sugestia lui Lenski, Keim și Jason Sahl, cercetător în genomică microbiană la NAU, au examinat această genă pentru a căuta defecte similare la tulpina Hall A și la rudele ei apropiate. Și într-adevăr au găsit una: o mutație a genei numite mutS.
Potrivit lui Keim, mutația a apărut probabil în timp ce Hall lucra cu tulpina. În natură ar fi dispărut probabil repede, dar în laborator a prosperat, în parte pentru că specialiștii au preferat culturile de C. botulinum la care efectul mutației s-a manifestat. mutS împiedică, de fapt, C. botulinum să irosească energie pentru formarea sporilor, astfel că bacteriile se înmulțesc bine și produc cantități neobișnuit de mari de toxină. Căile metabolice ale bacteriilor sunt acum reglate fin pentru viața de laborator, spre deosebire de viața în natură, spune Keim.
„Această lucrare umple într-adevăr o lacună fantastică în cunoștințe” – spune Pickett, care între timp s-a pensionat și nu a participat direct la studiu. Cercetarea oferă mult mai mult decât o simplă privire asupra istoriei tulpinii lui Hall și asupra selecției dirijate de om, spune Hong Lei, oftalmolog și neurolog specializat în tulburări de mișcare, care folosește toxina BoNT pentru diverse aplicații medicale.
„Rezultatele scot în evidență faptul că terapiile biologice provin din organisme vii, a căror evoluție continuă poate influența producția, consecvența produsului și dezvoltarea viitoare a medicamentelor”
– spune Lei.
Pickett se bucură în mod special că cercetarea pune accentul pe rolul lui Hall, care, în opinia sa, este eroul uitat pe nedrept al poveștii botoxului și a produselor înrudite. Deși o parte din „uimitoarea” colecție de organisme anaerobe a lui Hall a ajuns și în alte laboratoare, cea mai mare parte a acesteia nu mai există. Descifrarea geneticii tulpinii Hall A este un frumos omagiu adus unui cercetător destul de enigmatic, spune Pickett.
