Evolúcós gyorsítógomb: így működik a T7‑ORACLE rendszer, amely 100 000×-re gyorsítja a fehérjék fejlődését

A modern gyógyszerkutatásban a fehérjék célzott fejlesztése nélkülözhetetlen. Új enzimek, antitestek vagy receptorok létrehozásához a kutatók gyakran irányított evolúciót alkalmaznak – laboratóriumi körülmények között mutációkat hoznak létre egy adott génben, majd kiválasztják azokat a változatokat, amelyek valamilyen hasznos tulajdonsággal bírnak (például erősebb kötés, jobb aktivitás vagy gyógyszerrezisztencia). A módszer hatékony, de lassú: minden mutációs kör után át kell tervezni a DNS‑t, majd újra bevinni a sejtekbe, ami gyakran heteket vesz igénybe.

2025 augusztusában amerikai kutatók bejelentették, hogy egy „evolúciós motorral” megszabadultak ettől a lassúságtól. A Science folyóiratban megjelent tanulmány és a Scripps Research (La Jolla, Kalifornia) sajtóközleménye szerint a T7‑ORACLE nevű rendszer a fehérjék evolúcióját 100 000‑szer gyorsítja fel. A magyar HVG is beszámolt az eredményről: a cikk szerint az új módszer olyan, mintha az evolúciónak „gyorsító gombot adnánk”. Nézzük meg, mi áll a háttérben, és miért jelentős ez az áttörés.

Mi az a T7‑ORACLE?

A T7‑ORACLE egy olyan szintetikus biológiai platform, amelyben a kutatók kólibaktériumokba (E. coli) építenek be egy második DNS‑replikációs rendszert. A baktérium saját genomját változatlanul hagyják; a T7‑ORACLE csak a plazmidokban – vagyis a sejteken kívül is átadható, gyűrű alakú DNS‑molekulákban – található géneket másolja.

A rendszer lényege a bakteriofág T7 vírus enzimrendszere. Ez a vírus természetesen is képes E. coli sejteket megfertőzni, genomját gyorsan megsokszorozni, és közben sok hibát (mutációt) előkövetni. A Scripps kutatói ezt a rendszert izolálták és úgy módosították, hogy a T7 polimeráz hibaaránya még nagyobb legyen. A mutációs ráta így eléri a természetes mutációs ráta 100 000‑szeresét, de csak a plazmidok szintjén – a gazdasejt genomja érintetlen marad.

Hogyan zajlik a folyamat?

1. Plazmidkészítés: A kívánt fehérjét kódoló gén – legyen szó emberi enzimről, víruseredetű fehérjéről vagy antibiotikum‑rezisztencia génről – egy plazmidba kerül. Ez a plazmid hordozza azokat a jeleket is, amelyekre a T7 polimeráz felismeri és lemásolja a DNS‑t.
2. Beültetés E. coli‑ba: A génnel ellátott plazmidot olyan E. coli sejtekbe juttatják, amelyek már tartalmazzák a T7‑ORACLE rendszer összetevőit (a hibás T7 polimerázt és a kiegészítő fehérjéket). A T7 repliszómát a baktérium saját replikációs rendszere nem befolyásolja.
3. Kontinuus evolúció: Ahogy a baktériumok 20 percenként osztódnak, a plazmidok is lemásolódnak, és minden másolás során nagyszámú mutáció keletkezik. Mivel a T7‑ORACLE csak a plazmidot érinti, a sejtek életben maradnak. A laboratóriumi szelekció – például antibiotikum hozzáadása – gyorsan „kiszűri” azokat a fehérjeváltozatokat, amelyek nem működnek jól.
4. Kiválasztás: A túlélő sejtek plazmidjai hordozzák azokat a mutációkat, amelyek hasznosak a vizsgált tulajdonsághoz (pl. nagyobb enzimaktivitás vagy jobb gyógyszerkötés). Ezeket izolálva újra beindítható a folyamat, vagy további vizsgálatok végezhetők.

Miért forradalmi?

Gyors, folyamatos evolúció

A legnagyobb újítás az, hogy a T7‑ORACLE minden sejtosztódásnál új evolúcós kör lehetőségét teremti meg. Korábban egy evolúcós kör legalább egy hétig tartott, mivel a kutatóknak manuálisan kellett DNS‑t módosítaniuk és visszajuttatniuk a sejtekbe. Az új rendszerben a mutáció és a szelekció folyamatosan, automatikusan zajlik, ami óriási időmegtakarítást jelent.

A gazdasejt védelme

Mivel a plazmidok a célpontok, a baktérium genomja nem sérül, így nem lép fel sejtelhalás vagy kontrollálatlan mutációs káosz. Ez lehetővé teszi, hogy a sejteket hosszú távon tenyésszék anélkül, hogy teljesen degradálódnának.

Egyszerű bevezetés a laborokban

A Scripps szerint nincs szükség speciális eszközökre: azok a laborok, amelyek E. coli‑val dolgoznak, minimális módosítás után használhatják a T7‑ORACLE rendszert. A módszer tehát széles körben hozzáférhetővé válhat.

Milyen bizonyítékok vannak?

A kutatók egy TEM‑1 β‑laktamáz nevű, jól ismert antibiotikum‑rezisztencia génnel demonstrálták a módszert. A gént tartalmazó plazmidot T7‑ORACLE rendszerű E. coli‑ba juttatták, majd a baktériumokat egyre nagyobb dózisú antibiotikumnak tették ki. Kevesebb mint egy hét alatt olyan mutációs változatok jelentek meg, amelyek akár 5 000‑szer nagyobb gyógyszeradaggal szemben is ellenálltak. A vizsgált mutációk ráadásul nagyrészt megegyeztek a klinikumban is megfigyelt rezisztencia‑mutációkkal – ez megerősíti, hogy a rendszer valós körülmények között hasznos változatokat termel.

Milyen lehetőségek rejlenek benne?

Gyógyszerkutatás és biotechnológia

A T7‑ORACLE lehetővé teszi, hogy nagyon rövid idő alatt evolváljunk fehérjéket bizonyos funkciókra. Ez hasznos lehet:

• Új gyógyszercélpontok feltérépezésére: például olyan proteázok fejlesztésére, amelyek specifikusan rákos fehérjéket bontanak le.
• Antitestek és enzimek optimalizálására különféle betegsegék (rák, neurodegeneratív kórképek, autoimmun betegsegék) kezelésére.
• Antibiotikum‑rezisztencia vizsgálatára: A rendszer megjósolhatja, milyen mutációk alakulhatnak ki a kórokozókban, így segíthet új antibiotikumok tervezésében.

Szintetikus genomika és mesterséges nukleinsavak

A kutatók hosszú távú célja, hogy a T7‑ORACLE‑t teljesen mesterséges polimerázok evolválására használják. A Diercks‑labor szerint a rendszer segítségével olyan polimerázokat lehet fejleszteni, amelyek nem természetes nukleinsavakat (XNA‑kat) képesek lemásolni. Ez lehetőséget teremthet újfajta, ellenállóbb genetikai tárolómolekulák vagy akár számítástechnikai adattárolók létrehozására.

Magyar vonatkozások

A magyar sajtó elsősorban a hvg.hu cikkének köszönhetően figyelt fel a kutatásra. A hazai beszámoló röviden kiemelte a gyorsító gomb hasonlatot, és megemlítette, hogy a plazmidokra koncentráló T7‑ORACLE 100 000‑szer gyorsabb mutációs rátával működik. Az IFLScience, a ScienceDaily és a Scripps Research sajtóközleménye azonban részletesen ismertette a rendszert, a mutációk mechanizmusát és a lehetséges alkalmazásokat.

Összegzés: evolúcós gyorsítósáv

A T7‑ORACLE rendszer megmutatja, hogy a szintetikus biológia hogyan képes felgyorsítani a természetes folyamatokat. A hagyományos irányított evolúciós módszerek időigényes ciklusait leváltva a kutatók folyamatos evolúcót hoztak létre, amely minden sejtosztódáskor új esélyt ad a mutációkra. A plazmidokra összpontosító, hibakeltő T7 repliszóma 100 000‑szeres mutációs rátát ér el anélkül, hogy a gazdasejt genomját károsítaná.

A bizonyított gyorsaság (egy hét alatt 5 000‑szeres antibiotikum‑rezisztencia) és az egyszerű használat miatt a rendszer várhatóan sok laboratóriumban elérhetővé válik. A T7‑ORACLE nemcsak a gyógyszerkutatásban segítheti új terápiák gyors kifejlesztését, hanem a szintetikus biológia és genomika alapvető kérdéseit is új perspektívába helyezheti.