در آزمایشی تغییر مصنوعی در روند فرگشت سبب شد که باکتری‌ها برای ما آنتی‌بیوتیک طراحی کنند.
فرگشت فرایندی بسیار شگفت‌انگیز است که حیات را قادر می‌سازد با تغییرات در محیط سازگار شود. در دهه ۱۹۹۰ آزمایشگاه فرانسس آرنولد نشان داد که چگونه می‌توانیم با دستکاری میکروب‌ها برای فرگشت در جهتی خاص، این فرایند را به نفع خود به کار گیریم. این کار می‌تواند منجر به تولید داروهای جدید و پیشرفت‌های دیگر شود. این کشف جایزه‌ی نوبل سال ۲۰۱۸ در شیمی را برای خانم آرنولد به ارمغان آورد و اکنون تیم او ازین تکنیک برای تولید آنتی‌بیوتیک‌های جدید استفاده می‌کند.
به گزارش انجمن پیشبرد علوم آتئیست ها و آگنوستیک های ایران ، این تیم به طور خاص با جنبه‌ای چالشی از ساختن آنتی‌بیوتیک‌های جدید دست و پنجه نرم می‌کند: ساختن نوع جدیدی از ساختار مولکولی با نام حلقه‌ی بتا-لاکتام (beta-lactam ring). این‌ها اساسا حلقه‌هایی از اتم هستند که می‌توانند توانایی باکتری برای ساخته دیواره‌ی سلولی را مختل کنند که به شکل موثری آنها را می‌کشد. این مواد درون بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌های معمول مانند پنی‌سیلین وجود دارند.
اما ساخت حلقه‌های بتا-لاکتام قلق خاصی دارد. در ابتدا زنجیره‌ای طولانی از مولکول‌ها هستند که سپس روی خود تا می‌خورند تا یک حلقه بسازند. معمولا نیاز است تا شیمیدان‌ها مولکول‌های هدایتگری اضافه کنند تا تعیین کنند ‘تا خوردن’ از کجا آغاز شود، و سپس باید این مولکول‌ها را حذف کرد که مراحل فرایند را بیشتر می‌کند و بدین ترتیب احتمال خطا بالا می‌رود.
ازین رو پژوهشگران تصمیم گرفتند فرایند را ساده کنند و قسمت سخت کار را به آنزیم‌ها واگذار کنند. این تیم که خارج از کلتک کار می‌کند، از تکنیک فرگشت جهت داده شده برای هدایت فرگشت آنزیم‌ها به نحوی خاص استفاده کردند. زمانی که آنزیم‌ها موفق به انجام کار مورد نظر پژوهشگران شدند کد ژنتیکی آنزیم را به باکتری‌ها منتثل می‌کنند که به تولید آنزیم‌های مورد نظر بپردازند.
در این مورد ، این تیم آنزیمی به نام سیتوکروم پی ۴۵۰ (cytochrome P450) را فرگشت داد که بتواند بتا-لاکتام بسازد. آنها همچنین آنزیم‌های دیگری ساختند که قادر به ساختن انواع دیگری از این ساختارها باشد، از جمله گاما-لاکتام ها و دلتا-لاکتام ها. تفاوت بین این‌ها در تعداد اتم‌های موجود در آنهاست. بتا-لاکتام سه اتم کربن و یک اتم نیتروژن دارد، در حالی که گاما-لاکتام چهار اتم کربن و دلتا-لاکتام پنچ اتم کربن دارند.
اینا چو نویسنده‌ی مشترک پژوهش می‌گوید «ما در حال توسعه‌ی آنزیم‌هایی هستیم که فعالیت آن ها در طبیعت یافت نمی‌شود. لاکتام‌هام را می‌توان در داروهای مختلفی یافت، خصوصا در آنتی‌بیوتیک‌ها، و ما همواره به نسخه‌های جدید آن نیاز داریم.»
این تیم می‌گوید که این آنزیم‌ها موثرترین‌هایی هستند که تا کنون ساخته‌اند، که هر کدام قادر به تولید یک میلیون مولکول بتا-لاکتام هستند. ظاهرا این مولکل‌ها برای استفاده‌ی تجاری آماده هستند که با توجه به مقاوم شدن سریع باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک‌ها خبر خوبی است.
این پژوهش در ژورنال Science منتشر شده است
