Mikael Skurnik: Bakteerit

Mikael Skurnikin 7.2.2013 pitämä bakteeri-aiheinen luento toi uudenlaisen näkökulman solubiologian kurssiimme, kun ensimmäistä kertaa käsiteltiin eukaryoottisolujen sijaan prokaryootteja. Siksi olikin hyvä, että luennon alkupuolella käytiin hyvin perusteellisesti ja tarkasti läpi sitä, miten esitumalliset bakteerit eroavat rakenteeltaan ja toiminnaltaan meille jo tutuista aitotumallisista soluista. Hyvän pohjustuksen ansiosta loppuluennosta pääsimme kuulemaan, miten bakteerien tuntemusta käytetään lääketieteessä hyväksi.

Lukiosta tiesin jo valmiiksi, että bakteerien perintöaines on vapaana solulimassa, eikä tuman sisällä kuten eukaryooteilla. Bakteerit ovat myös haploidisia eli niillä on jokaista kromosomia vain yksi kappale ja ne lisääntyvät suvuttomasti bakteerisolun jakautuessa. Ennen solun jakautumista kromosomimäärän on luonnollisesti kahdennuttava, ja mielenkiintoisena yksityiskohtana opin, että koska bakteereilta puuttuu eukaryoottisolujen säädelty mitoosi, bakteerisolussa voi olla useampi replikaatiohaarukka eli DNA:n kahdentuminen samaan aikaan käynnissä. Tämän vuoksi bakteerista voi nopean kasvun aikaan löytää useampia identtisiä kromosomeja, kun solu ei ole vielä ehtinyt jakaantua.

Bakteerisoluissa voi olla myös rengasmaisia plasmideja, joissa on “ylimääräistä” DNA:ta, joka ei ole bakteerille välttämätöntä, mutta saattaa olla joissakin tilanteissa sille hyödyllistä. Aiemmin tällä kurssilla DNA-tekniikan yhteydessä käsiteltiin plasmideja ekspressiovektoreina, kun haluttua proteiinia koodaava geeni siirretään plasmidissa bakteerin sisään ja bakteeri alkaa tuottaa proteiinia. Nyt oli mielenkiintoista kuulla plasmideista lääketieteen kannalta. Esimerkiksi taannoisen Saksan EHEC-epidemian uskotaan johtuneen pitkälti tavallisesti heikompien EHEC-bakteerien uudenlaisista plasmidigeeneistä, jotka tekivät sen aiheuttamasta taudista voimakkaamman.

Yksi luennon tärkeimmistä osa-alueista olikin bakteerien geenien ilmentäminen ja proteiinisynteesi. Bakteereilla geenien luenta lähetti-RNA:ksi eli transkriptio tapahtuu solulimassa koska tumaa ei ole. Bakteerien DNA:ssa ei ole eukaryooteille tyypillisiä introneita, eli lähetti-RNA:ta ei tarvitse mitenkään pilkkoa tai muokata ennen translaatiota eli lähetti-RNA:n kääntämistä aminohappoketjuksi. Nämä seikat mahdollistavat sen, että translaatio voi alkaa heti siinä vaiheessa, kun lähetti-RNA:n alkupää ilmestyy esille. Proteiinisynteesi on siis bakteerisoluissa paljon eukaryootteja nopeampaa ja tehokkaampaa, vaikkakin laadunvalvonta on luultavasti heikompaa. Tämä on varmaan yksi syy siihen, miksi bakteereja käytetään isäntinä mainitsemassani proteiinien tuottamisessa ekspressiovektorien avulla. Jäi kuitenkin epäselväksi, miten proteiinin laskostuminen ja mahdollisten lisäosien lisääminen proteiiniehin tapahtuu bakteerisolussa, sillä siellä ei ole eukaryoottien tähän erikoistuneita soluelimiä kuten Golgin laitetta.

Kuten eukaryooteilla, myös bakteereilla proteiinien translaatio tapahtuu ribosomien pinnalla. Prokaryoottien ribosomit (70S, ribosomin sedimentaatiovakio) ovat kuitenkin erilaisia kuin eukaryoottien ribosomit (80S), lukuunottamatta aikanaan bakteereista kehittyneiden mitokondrioiden ja viherhiukkasten omia ribosomeja. Tämä on hyvä asia siksi, että monia bakteerien aiheuttamia tauteja voidaan lääkitä bakteerien ribosomeihin vaikuttavilla lääkkeillä ja ilmeisesti näin vaikuttaa bakteerien proteiinisynteesiin. Eukaryoottien ribosomit eivät erilaisuutensa vuoksi reagoi näihin lääkkeisiin, ellei lääkettä joudu solun sisään ja sitä myötä mitokondrioon tai viherhiukkaseen.

Toinen tärkeä aihealue luennolla oli bakteerien jaottelu, joka loppuvaiheessa kytkeytyi muunmuassa bakteerien tunnistamismenetelmiin ja sitä myötä mahdollisen antibiootin valintaan. Saimme kuulla tarkkaan esimerkiksi vaiheet gram-värjäyksessä, jonka perusteella bakteerit jaetaan gram-positiivisiin ja gram-negatiivisiin bakteereihin. Gram-positiivisten ja -negatiivisten bakteerien soluseinät ja ulkopuolen molekyylikerrokset eroavat toisistaan erimerkiksi siten, että gram-positiivisilla on paksumpi peptidoglykaanikerros, mutten valitettavasti saanut luennolta selville, minkälaisia eroavaisuuksia näiden bakteerien toiminnassa on.

Bakteerit voidaan jaotella myös monilla muilla perusteilla, esimerkiksi taudinaiheuttamiskykynsä perusteella. Suurin osa bakteereista ei itse asiassa ole millään muotoa haitallisia, ja ihmisen normaaliflooraan kuuluu valtava määrä bakteereita. Lääketieteessä tauteja aiheuttavat bakteerit ovat kuitenkin merkittävässä roolissa, ja siksi niiden tutkiminen on tärkeää. Lopputunnista saimmekin kuulla bakteerien infektiivisten tekijöiden tunnistuksesta ja antibioottiresistenssin tutkimisesta, mikä oli erittäin mielenkiintoista, sillä olen itse kiinnostunut tutkijan työstä.

Infektiivisten tekijöiden tunnistaminen alkaa bakteeripesäkkeiden kasvatuksella. Sen jälkeen solut eristetään, gram-värjätään ja niitä voidaan tutkia mikroskooppisesti. Sitten solut tunnistetaan fysiologisten testien tai DNA-testien avulla. Antibioottiherkkyyttä tutkitaan laittamalla bakteerimaljaan antibioottiehdokasta sisältävä kiekko keskelle, ja katsotaan miten kaukaa kiekon ympäristöstä antibiootti pystyy bakteereja tuhoamaan.

Kaiken kaikkiaan luento oli erittäin informatiivinen, jopa siinä määrin, ettei kaikkea mitenkään pystynyt omaksumaan kerralla. Tieto oli erittäin perusteellista ja yksityiskohtaista, joten halutessaan luentokalvoja jälkeenpäin selatessa voisi saada hyvinkin syvällisen käsityksen aiheesta. Hahmottamista auttoi vertailu prokaryoottien ja eukaryoottien välillä, ja lopun lääketieteellinen näkökulma teki luennosta monimutkaisuudestaan huolimatta mielekkään.