Karikó Katalin is csodálta hajdan azt a kutatást, amit évtizedekkel ezelőtt elkezdett és még ma is folytat Kondorosi Éva akadémikus, számtalan fontos díj birtokosa, és az Academia Europaea 1400 tagú Élettudományi Osztályának elnöke. Kutatásai és funkciói számos tudományterületet fednek le, a biológiai nitrogénkötéstől, új molekulák felfedezéséig, amelyek az antibiotikumoknak ellenálló mikróbákat is elpusztítják, vagy az Európiai Bizottság felkérésére új rákszűrési javaslatok kidolgozásáig. Az energiaválság, a műtrágyák használatának káros hatásai miatt a biológiai nitrogénkötés fokozása elengedhetetlen lesz a világ népességének élelmiszer ellátásában. Legújabb felfedezésükkel lehetségessé válhat a szuper nitrogénkötő szója, amelynek a termesztéséhez jóval kevesebb műtrágya kell.
Ön a növények nitrogénkötését kutatja, vagyis azt a folyamatot, amivel a pillangósvirágúak, mint a bab vagy a lucerna képesek a gyökereiken lévő gümőkben élő baktériumok, a rhizóbiumok révén megkötni a levegő nitrogénjét. A tudományterület régi célja és nagy kihívása, hogy ezt a képességet „átadja” olyan fajoknak is, mint a búza, a kukorica vagy a rizs. Az áhított cél elérése jelentősen, akár 70 százalékkal csökkenthetné a nitrogénműtrágyák felhasználását, amelyek rendkívül környezetszennyezők. Ezek gyártása óriási energiát igényel és a mostani klíma- és energiaválság miatt talán több figyelem és pénz juthat erre a kutatásra.
Remélem, hogy így lesz. Sajnos keveset beszélnek arról, hogy a nitrogénműtrágyák előállítása a világ energiafelhasználásának közel 2 százalékát emészti fel, s arról még kevesebbet, hogy ez milyen nagymértékben gyorsítja a klímaváltozást. Azon túl ugyanis, hogy a talajban maradó felesleges műtrágyamennyiség a talajt és a vizet szennyezi, olyan nitrogénoxid származékok kerülnek a légtérbe, amelyek háromszázszor erősebben járulnak hozzá az üvegházhatáshoz, mint a széndioxid. A különféle európai szakmai stratégiai anyagok ezért nemcsak a növényvédőszerek 50 százalékos csökkentését irányozzák elő, hanem a műtrágyafelhasználás 20 százalékos csökkentését is. Ehhez segíthetnének azok a baktériumok, amelyek képesek a levegőben lévő nitrogént megkötni, ammóniává redukálni és így a levegőből „műtrágyát” előállítani, aminek révén sokkal kevesebb vegyi úton előállított műtrágyára lenne szükség, és a vizek és a levegő nitrogén szennyeződése is kisebb lenne. A tudomány már rendelkezik ehhez a megfelelő eszköztárral, ugyanakkor nincs általános recept, nincs mindenhol bevethető mikroba, mert ezt a helyi adottságok, az éghajlat, talajviszonyok, a talaj baktérium populációja és a termesztendő növény nagyban befolyásolják. Az optimális alkalmazáshoz további kutatások kellenek és emellett a gazdálkodás rendszerében is nagy változtatásokra van szükség az új technológiák alkalmazásához.
Ugyanazon a területen kutat évtizedek óta. Bár az evolúció bástyái még tartják magukat, vagyis még a búza és társai nem képesek nitrogénkötésre, de azért komoly eredményeket értek el. Például sikerült még férjével, az azóta elhunyt Kondorosi Ádámmal meghatározni azokat a géneket, amelyek a rhizóbiumokban felelősek a nitrogénkötésért, illetve amelyek a növényekben beindítják a gümőfejlődést. Hol tart most ez a folyamat, mondjuk a 0 és a 100 közti skálán?
Talán az 50-60 százalék között lehetünk. Több lehetőség adódik. Egy rövidebb távú, amikor egy kapcsolatot hozunk létre egy nitrogénkötő baktérium és például a kukorica vagy búza/rizs között. Ha valóban szimbiózist akarunk kialakítani, akkor utánoznunk kell a pillangósok és a rhizobiumok által kifejlesztett jelátviteli utat, ami részben megegyezik egy ősibb kapcsolattal, a szárazföldi növények és gombák szimbiózisával (a mikorrhizával). Tehát a génkészlet egy része megvan gyakorlatilag minden növényben. Különbség az első lépésben van, a növények ugyanis különbséget tesznek a rhizobiumok és a mikorrhiza jelmolekuláinak felismerésében, illetve a közösen használt gének utáni lépésekben, amelyek a rhizóbium, vagy a gomba szimbiózishoz vezetnek. Az első lépés viszonylag könnyen megoldható, míg a későbbiekhez számos gén bevitele szükséges, ezért a teljes gümőképződés beindítása egy új fajon nagyon hosszadalmas folyamat. Ne feledjük, hogy ezek mind GMO növények lesznek, de a jövőnk érdekében ezek jelentősége feltehetően kivételt fog tenni a GMO restrikciók alól. A további előrehaladáshoz tehát egyrészt utánozni kellene a pillangósvirágúak képességeit a célnövényeken, másrészt növényekben élő, jó nitrogénkötésre képes baktériumokat kellene találni. Egy további lehetőség a nitrogénkötésért felelős nitrogenáz enzimkomplex bevitele a növényekbe. Bár ehhez sok bakteriális gén működése szükséges, a nagy kihívást nem ez, hanem a nitrogenáz enzim oxigén érzékenysége jelenti, ezért termeltetését olyan növényi sejtszervecskékben kell megoldani, ahol kevés az oxigén. Mindkét irányban folynak a kutatások és vannak ígéretes eredmények, de a megoldandó feladatok összetettsége és nehézségei miatt ezekhez sokkal, de sokkal több kutató bevonására és jelentős kutatási támogatásra lenne szükség.
Már csak egy gyógyszergyár kellene
A Rhizóbiumok és a növények együttélésének biokémiáját kutatva több száz peptidet fedeztek fel, amelyekről azt állítják, hogy az antibiotikum rezisztens baktériumok ellen is bevethetők lennének.
Tudjuk, hogy ezeknek a növényi peptideknek a szimbiózisban van szerepük. A fiatal gümő sejtekben a baktériumok először szaporodnak, majd bizonyos sejtszámot elérve a növény a peptidek révén leállítja a baktériumok sejtosztódását és elkezdődik a mikrobák átalakulása nitrogénkötő bakteroidokká. Ez a folyamat több lépésből áll és akár száznál is több peptid vesz részt egy-egy lépésben. A végeredményként a kis baktériumokból hatalmas sejtek lesznek, amelyek elvesztik osztódási képességüket, miközben a DNS szintézis folytatódik és a genomjuk úgy megsokszorozódik, hogy a gének, így a nitrogén kötésért felelősek is, akár 20-szoros példányban vannak jelen és emiatt hatékonyabb nitrogénkötésre képesek. A sejtosztódás végleges elvesztése alapján feltételeztük, hogy az ebben résztvevő peptidek képesek ezt más baktériumban is előidézni. Kémiai szintézissel 250 peptidet, illetve ezek rövidebb vagy módosított származékait állítottunk elő és vizsgáltuk ezek baktérium és gomba ölő képességét. Körülbelül 30 olyan származékot találtunk, amik képesek voltak megölni a legkevésbé kezelhető, és sok ember halálát okozó patogén baktériumokat és gombákat, sőt a SARS-Cov2 fertőzést is gátolták sejttenyészetben. Csak összehasonlításul említem, hogy a jelenleg klinikai fázisban lévő antibiotikumjelöltek egyike sem képes szembe szállni ezekkel a multirezisztens baktériumokkal. Ezeknek a növényi peptideknek további nagy előnye, hogy sem emberi, sem állati sejtekre nem toxikusak. Ugyanakkor a baktériumokat gyorsan, perceken belül megölik és több ponton támadják meg őket, amelyek így nem képesek rezisztenciát, ellenállóképességet kialakítani az adott peptiddel szemben. Emberben a fertőzések két harmadában a baktériumok, de a gombák, pl a Candida fajok is egy biofilmet képeznek, amelyen az antibiotikumok nem, vagy alig képesek átjutni. A leghatékonyabb peptidjeink viszont a biofilmet is szétroncsolják. Sajnos távol vagyunk attól, hogy ezt a gyógyászatban, embereken is kipróbálhatnánk, mivel ehhez az anyagoknak több lépcsős klinikai fázison kellene átmenniük, amit egy kutató laboratórium nem tud megoldani, mert nincs meg hozzá az adottságunk, a lehetőségünk és a pénzügyi háttér. Ezt csak nagy gyógyszergyárak tudják felvállalni, de nem tudunk olyan gyógyszergyárról, amelyiket érdekelné az antibiotikum kutatás, tekintve, hogy ez kevésbé kifizetődő, mint azok a gyógyszerek, amelyeket éveken át kell szedni a betegeknek.
Idén Karikó Katalin is hivatkozott önre, amikor azt mondta, hogy annakidején csodálattal figyelte az ön hajdani kísérleteit az SZBK-ban. Mindketten ugyanazon a területen dolgoznak rendíthetetlenül évtizedek óta és mindketten sokszor szembe mennek a tudományos dogmákkal. Ön a növényekben élő baktériumok differenciálódásával törte át a szakmai ellenállást. Mi köti még össze Önöket?
Egyrészt a több évtizedes barátságunk, a jóban-rosszban összetartozás. De emellett a természetünk, a tudományhoz és az emberekhez való hozzáállásunk, ugyanazt gondoljuk arról, hogy hova fejlődjék a tudomány, és arról is, hogy ezt hogyan szeretnénk elérni. És abban is ugyanúgy gondolkozunk, hogy a fiatalok felkészítésében, alapvető fontosságú, hogy oktatásuk kiemelkedő szintű legyen. De amellett azon is vállvetve küzdünk Katival, hogy ne tekintsenek minket a korunk miatt teljesen elavultnak, hiszen még rendkívül aktívak vagyunk és változatlanul hozunk átütő eredményeket. Azt hiszem, hogy mind a mai napig nagyobb a munkabírásunk, mint a harminc éveseké.
Forrás: novekedes.hu
