Słysząc o oporności bakterii na antybiotyki można by sobie wyobrazić jakieś superbakterie, które nagle przystosowały się, zyskując oporność na leczenie. Ale jest jeszcze inny, mniej rozpowszechniony scenariusz: bakterie potrafią przejść w stan uśpienia, co umożliwia im prześlizgiwanie się przez sieć. To właśnie było przedmiotem zainteresowania partnerów projektu BIO-NMR, którzy znaleźli sposób na obudzenie bakterii, aby móc je zabić.
„Antybiotyki zabijają bakterie tylko wtedy, kiedy aktywnie rosną i dzielą się” – wyjaśnia Thomas K. Wood, profesor inżynierii chemicznej i Kierownik Katedry Biotechnologii Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii. „Jednak czynniki stresu środowiskowego często powodują uruchomienie mechanizmu, który służy im do wytwarzania toksyny wprowadzającej komórkę w stan uśpienia, przez co staje się ona antybiotykooporna”. Takie bakterie tworzące biofilm jest wówczas niezwykle trudno zabić.
Dobrym przykładem będą tu niektóre bakterie zasiedlające przewód pokarmowy. Choć żółć jest w zasadzie dla nich zabójcza, potrafią się bronić wytwarzając autotoksynę (białko), które wprowadza je w stan uśpienia w obecności żółci. Kiedy tylko żółć zniknie, bakteria wytwarza inne białko, niszczące to poprzednio wytworzone, i ponownie ożywa.
Znalezienie sposobu na powstrzymanie wytwarzania tej toksyny było kluczowym wyzwaniem w badaniach naukowych wspieranych częściowo przez finansowany przez UE projekt BIO-NMR (NMR for Structural Biology) – zakończone już przedsięwzięcie połączyło europejskie zasoby w spektroskopii jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR). Międzynarodowy zespół, wspierany także przez hiszpański projekt MINECO oraz Wojskowe Laboratorium Badawcze, zdołał scharakteryzować pierwszy układ toksyna-antytoksyna w biofilmie, który jest – jak się okazuje – zależny od tlenu.
Naukowcy w laboratorium NMR Uniwersytetu w Barcelonie przystąpili do tworzenia charakterystyki na poziomie molekularnym i atomowym. Koncentrując się na bakterii E. Coli stwierdzili, że w strukturze antytoksyny są kanaliki, których średnica umożliwia przechodzenie cząsteczek tlenu, od którego jest właściwie uzależniona. Układ toksyna-antytoksyna Hha-TomB oznacza, że do wybudzenia bakterii antytoksyna musi skutecznie utlenić toksynę.
Innymi słowy dodatkowe źródło tlenu mogłoby wystarczyć, aby obudzić bakterie i uwrażliwić je na antybiotyki. Naukowcy stwierdzili, że do obudzenia bakterii znajdujących się na krawędziach biofilmu wystarczy zaledwie 10% tlenu. To mogłoby rozbić biofilm i rozproszyć go, pozostawiając bakterie znajdujące się w środku bez ochrony.
Wood wskazuje na wagę tych wyników dla opracowania lepszych środków przeciwdrobnoustrojowych. „Jeżeli poznamy działanie układów toksyna-antytoksyna na poziomie molekularnym lub atomowym, będziemy w stanie tworzyć lepsze środki przeciwdrobnoustrojowe” – zauważa. „Jestem przekonany, że układy toksyna-antytoksyna stanowią fundament fizjologii wszystkich bakterii. Ufamy, że da nam to wgląd w sposób, w jaki są w stanie uchować się przed antybiotykami”.
Więcej informacji:
witryna projektu
poleca:
Studentnews.pl