VU mokslininkai – pirmieji lietuviai, iššifravę bakterijos genomą

Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) tyrėjų komanda su kolegomis iš Prancūzijos pirmą kartą pasaulyje aprašė atvejį, kai moterų lyties takų bakterija Gardnerella vaginalis sukėlė smegenų pažeidimą ir stiprius neurologinius simptomus. Be to, VU GMC mokslininkai nustatė šios bakterijos DNR seką – tai pirmasis Lietuvos mokslininkų iššifruotas pilnas bakterijos genomas.

Jį galima rasti Genų banke, pasaulyje pripažintoje genų duomenų bazėje. VU GMC mokslininkų nustatytam genomui priskirtas unikalus numeris CP019058.

Šį genomą sudaro 1,7 milijono nukleotidų. Vienas nukleotidas gali būti suvokiamas kaip viena „raidė“, vienas elementas. Tai didžiausias Gardnerellavaginalis genomas iš visų iki šiol žinomų. Jau iššifruoti penkių šios bakterijos kamienų genomai, tad VU GMC tyrėjų buvo šeštasis. Pirmą kartą pilnas Gardnerella vaginalis genomas surinktas 2010 m. Iššifruoti pilną bakterijos genomą gana sudėtinga, tai gali užtrukti ilgiau nei metus.

„Mūsų skyriuje tyrinėjami toksinai, kuriuos gamina bakterijos. Vienas tokių – Gardnerella vaginalis toksinas vaginolizinas. Anksčiau buvome publikavę mokslinių straipsnių apie šį toksiną ir jo veikimą, taip pat esame sukūrę antikūnus, kurie blokuoja toksišką vaginolizino poveikį. Vieną dieną sulaukėme laiško iš medicinos mikrobiologo dr. Jacques‘o Tankovico, dirbančio vienoje Prancūzijos ligoninių. Į ją pateko pacientė su stipriais neurologiniais simptomais: iš pradžių ją kamavo traukuliai, vėliau būklė sparčiai blogėjo – pacientė prarado sąmonę, tad teko prijungti dirbtinę plaučių ventiliaciją“, – pasakojo VU GMC Biotechnologijos instituto Imunologijos ir ląstelės biologijos skyriaus vedėja prof. Aurelija Žvirblienė ir vyresnioji mokslo darbuotoja dr. Milda Plečkaitytė.

Ligonės kraujo mėginyje mikrobiologai nustatė Gardnerella vaginalis bakteriją, todėl Prancūzijos medikai susidomėjo, kaip ji gali būti susijusi su neurologiniais simptomais. Tai buvo gana netikėta, nes paprastai ši bakterija aptinkama moterų lyties takuose. „Mums tai irgi pasirodė labai įdomu, nes mokslinėje literatūroje panašus atvejis nebuvo aprašytas. Paprašėme kolegų iš Prancūzijos atsiųsti bakterijos kamieną, nes nusprendėme jį išsamiai patyrinėti“, – tyrimų pradžią prisiminė mokslininkės.

Pasak jų, tuo metu kaip tik pasitaikė galimybė Lietuvoje atlikti bakterijos genomo sekoskaitą, nes UAB „Thermo Fisher Scientific Baltics“ rengėsi išbandyti naują DNR sekoskaitos technologiją, tad pasiūlė pasinaudoti šia paslauga. Atliekant genomo sekoskaitą, iš bakterijos genomo buvo gauti tam tikri fragmentai, nustatyta jų seka. Tačiau tai buvo tik pusė darbo. VU GMC mokslininkai turėjo šiuos fragmentus tarsi dėlionę sudėlioti į vientisą grandinę. Tai atliko bioinformatikas dr. Albertas Timinskas.

Jis teigia, kad šis uždavinys buvo įdomus ne tik tuo, kad bakterija unikali ir ją reikia ištirti, bet ir tuo, kad tai buvo vienas pirmųjų bandymų Lietuvoje surinkti pilną bakterinio genomo seką, įsigilinti į surinkimo problematiką. „Bandant surinkti genomą į vieną informacijos srautą matyti, kad metodų, kaip tą padaryti, yra labai daug. Tai rodo problemos sudėtingumą. Išbandžiau tris populiariausius metodus, kitaip tariant, strategijas, kaip surinkti tą „dėlionę“. Tačiau jos davė skirtingus rezultatus. Tokiais atvejais dažniausiai išrenkami tik patikimiausi rezultatai ir publikuojama nepilna genomo seka, nebesigilinant į tolesnio surinkimo problematiką. Siekėme turėti pilną informaciją“, – sakė dr. A. Timinskas.

Pirmiausia jis bioinformatiniais metodais patikrino, ar „dėlionėje“ netrūksta dalių. Tačiau pastebėjo, kad surenkamame genome bus daug panašių DNR fragmentų. „Tarkime, sekoskaitos metu įsivėlė klaidų ir kurios nors genomo dalies trūksta, vaizdžiai tariant, namas dėlionėje liktų be kamino. Arba matai, kad dėlionėje yra keli skirtingi namai, bet su labai panašiais kaminais. Kurį pasirinkti? Kai yra pasirinkimo laisvė, problema išsiplėtoja. Turi kaip siūlų kamuolį išvyniotą genomą, kurį dar reikia išpainioti“, – pasakojo bioinformatikas.

Kad pavyktų atskirus DNR fragmentus sudėlioti į vientisą DNR grandinę, bioinformatikos metodus teko derinti su eksperimentais. Dr. M. Plečkaitytė pasiūlė būdus, kaip patikrinti ir patvirtinti neaiškias genomo vietas – tam reikėjo padauginti tam tikras DNR sekas ir parodyti, ar jos tikrai savo vietoje. „Genomo surinkimo metu tokie eksperimentai buvo labai svarbūs. Šį procesą vaizdžiai galima apibūdinti taip: važiuoji keliu (nes genomas yra linijinė molekulė) ir matai, kad jis išsišakoja, nors taip neturėtų būti. Tada su Milda tariamės, kokį kelią pasirinkti. Kaip bioinformatikas matau, kur tikimybė didesnė, bet vis tiek reikia ją patvirtinti. Taigi ši procedūra išties labai sudėtinga. Tai paaiškina, kodėl genų duomenų bazėje galima rasti nedaug pilnai surinktų genomų. Šis procesas kainuoja daug laiko ir pastangų, reikia atlikti begalę eksperimentų“, – aiškina dr. A. Timinskas.

VU GMC profesorė A. Žvirblienė džiaugiasi, kad iš fundamentinių tyrimų atsirado praktinė nauda. Tai, kad dabar turime pilną bakterijos Gardnerella vaginalis kamieno genomą, suteikia naują įrankį ne tik ją tyrinėjantiems VU GMC mokslininkams, bet ir kitiems tyrėjams: genome užkoduota informacija gali padėti suprasti, kas lemia šios bakterijos virulentiškumą, kodėl ji ar jos gaminami toksinai įveikė kraujo–smegenų barjerą ir sukėlė gyvybei pavojingus neurologinius simptomus. Mokslininkai tikisi, kad jų aprašytas neįprastas ligos atvejis patarnaus ir praktinei medicinai: jeigu pasitaikys panašus atvejis, bus galima įtarti, kad galvos smegenų pažeidimą gali sukelti būtent ši bakterija.

„Mus ypač nustebino dr. J. Tankovico profesionalumas – šis medicinos mikrobiologas ne tik nustatė neįprastą ligos sukėlėją, bet ir pademonstravo tikrai platų, mokslinį požiūrį į problemą. Šis žmogus mus susirado perskaitęs mūsų straipsnius moksliniuose žurnaluose. Buvo išties įdomu bendradarbiauti su medicinos biologu, kuris skaito mokslinius straipsnius ir domisi naujausiais mokslo pasiekimais, nors tai galbūt nesusiję su jo darbu klinikinėje laboratorijoje“, – pažymi prof. A. Žvirblienė.

Prancūzės pacientės istorija baigėsi laimingai – laiku atlikta tiksli mikrobiologinė diagnostika leido parinkti tinkamą gydymą antibiotikais, Gardnerella vaginalis infekcija buvo įveikta ir ligonė pasveiko.

Aurelija Andriekutė