În 1928, omul de știință scoțian Alexander Fleming a făcut istorie. Într-o matriță obișnuită – atât de obișnuită încât tulpina a crescut accidental într-o cutie Petri a Stafilococului – a descoperit proprietăți antimicrobiene pe care le-ar exploata pentru a dezvolta primul medicament antibiotic produs în masă, penicilina. Acea tulpină originală a mucegaiului Penicillium a fost conservată criogenic în urmă cu zeci de ani – înghețată în viață pentru posteritate – dar acum, pentru prima dată, genomul său a fost secvențiat. Și la fel ca descoperirea penicilinei în sine, cercetarea a evoluat ca ramură de la altceva.
„Ne-am propus inițial să folosim ciuperca lui Alexander Fleming pentru câteva experimente diferite. Dar am realizat, spre surprinderea noastră, că nimeni nu a secvențiat genomul acestui Penicillium original, în ciuda semnificației sale istorice pentru domeniu.” A explicat biologul evoluționist Timothy Barraclough de la Imperial College London și Oxford University.
Noua secvență derivată a fost comparată cu două genomuri Penicillium produse în comerț ulterior din SUA, permițând cercetătorilor să vadă cum producția la scară industrială a schimbat ușor structura genetică a mucegaiului în timp și distanță.
Peniciliul și alte mucegaiuri produc molecule de antibiotice în mod natural ca parte a propriilor sisteme de apărare împotriva microbilor. Deoarece microbii evoluează destul de repede pentru a contracara aceste metode de apărare și matrițele evoluează ca răspuns. Este cam ca o cursă a înarmărilor, la scară microscopică, și studierea exactă a modului în care evoluează matrițele ar putea oferi câteva perspective noi asupra problemei rezistenței la antibiotice de astăzi.
„Cercetările noastre ar putea inspira noi soluții pentru combaterea rezistenței la antibiotice”, a declarat biologul Ayush Pathak de la Imperial College London.
Pentru a-și desfășura cercetările, echipa a dezghețat un eșantion de Penicillium rubens al lui Fleming și l-a recoltat. Mucegaiul proaspăt crescut a fost apoi prelevat și secvențiat. Genomul rezultat a fost apoi comparat cu tulpinile SUA. Penicilliumul Fleming ar fi putut fi fondatorul medicamentelor penicilinice din Marea Britanie, dar în SUA, producția industrială a început cu un izolat sălbatic dintr-un melon mucegăit. Această tulpină a fost supusă tratamentelor mutagene, cum ar fi iradiere cu raze X și lumină ultravioletă, și selecție artificială pentru a produce o tulpină cu rate de producție ridicate de penicilină. Orice diferență între mucegaiul Fleming și mucegaiul SUA este fie rezultatul diferențelor evolutive în tulpina sălbatică de melon, fie în primii pași către mutageneză și selecție artificială.
În compararea celor două, cercetătorii au analizat două tipuri de gene – cele care codifică enzimele care ajută la producerea penicilinei și cele care reglementează producerea acelorași enzime. Se pare că mucegaiul Fleming și mucegaiul SUA au cam același cod genetic pentru enzimele reglatoare. Interesant este că matrița SUA avea mai multe copii – ceea ce ar ajuta acele tulpini să producă mai multă penicilină. Acest lucru nu este neașteptat, deoarece au fost cultivate special în acest scop, dar oferă o oarecare perspectivă asupra rezultatelor procesului de domesticire.
Cu toate acestea, genele de codificare au fost ușor diferite între tulpina Fleming din Marea Britanie și tulpina SUA. Acest lucru, crede echipa, a fost rezultatul evoluției naturale, probabil ca răspuns la diferențele de microbi care amenință mucegaiurile în mediile lor locale. Această diferență evoluată în mod natural ar putea fi o cheie în a ajuta la dezvoltarea de soluții la problema rezistenței la antibiotice.
„Producția industrială de penicilină s-a concentrat pe cantitatea produsă, iar etapele utilizate pentru îmbunătățirea artificială a producției au dus la modificări ale numărului de gene”, a spus Pathak.
Dar este posibil ca metodele industriale să fi omis unele soluții pentru optimizarea designului penicilinei și putem învăța din răspunsurile naturale la evoluția rezistenței la antibiotice.
