Badanie antybiotykooporności, bakterii i zwalczających je wirusów
Niedawno przeprowadzone, wspierane przez finansowane ze środków UE projekty EPICut i EVOIMMECH, badanie dostarczyło nowych informacji na temat wykorzystania wirusów zwanych bakteriofagami w leczeniu zakażeń bakteryjnych. Bakteriofagi, czyli inaczej po prostu fagi, są nieszkodliwe dla ludzi, ponieważ atakują tylko bakterie. Połączenie ich z antybiotykami zwiększa skuteczność leczenia zakażeń, a jednocześnie ogranicza ryzyko rozwoju antybiotykooporności u bakterii. Bakterie mogą jednak rozwinąć oporność także na fagi. Autorzy opublikowanego w czasopiśmie naukowym „Cell Host & Microbe” badania ustalili, jak można optymalnie połączyć fago- i antybiotykoterapię. Bakterie potrafią bronić się przed fagami. Kiedy wirus przenika przez cząsteczki znajdujące się na powierzchni komórki, bakteria uruchamia swój system obronny – rodzinę sekwencji DNA zwanych skupionymi, oddzielonymi regularnymi przerwami powtórzeniami palindromicznymi (CRISPR). Sekwencje CRISPR powstają z fragmentów DNA fagów, które wcześniej zakaziły bakterie. Są wykorzystywane do rozpoznawania i niszczenia DNA podobnych fagów, które następnie je zakażają. Bakterie bronią się również poprzez zmianę swojej powierzchni komórkowej i usunięcie receptora, do którego zwykle przyczepiają się fagi. To pozbawia je jednak zdolności do wywoływania choroby lub łagodzi jej przebieg.
Badanie reakcji bakterii na antybiotyki i fagi
Wspierani przez UE badacze przeprowadzili badania laboratoryjne z wykorzystaniem pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) – bakterii wywołującej zapalenie płuc oraz zakażenia u ludzi (m.in. zakażenia krwi). Niestety leczenie zakażenia pałeczką ropy błękitnej jest coraz trudniejsze z uwagi na rosnącą antybiotykooporność. W ramach badania naukowcy wystawili bakterię na działanie ośmiu różnych antybiotyków, rozpoznając różnice w sposobach rozwoju oporności na fagi u bakterii, które wpływały na ich wirulencję. Cztery z ośmiu testowanych antybiotyków doprowadziły do znacznego wzrostu poziomu odporności opartej na CRISPR u bakterii. Ponadto wykazywały one działanie bakteriostatyczne, czyli hamowały wzrost komórek bakteryjnych bez ich zabijania. Naukowcy wykazali, że zwiększona odporność oparta na CRISPR wywołana przez bakteriostatyczne antybiotyki wynika ze spowolnionego rozwoju fagów wewnątrz komórki bakteryjnej, co daje jej więcej czasu na zdobycie sekwencji DNA fagów i uruchomienie odpowiedzi odpornościowej. „Antybiotykooporność stanowi poważny problem w zakresie zdrowia publicznego, dlatego musimy podjąć szybkie i natychmiastowe działania”, podkreśla prof. Edze Westra, starszy autor badania z Uniwersytetu w Exeter w Zjednoczonym Królestwie, uczelni będącej partnerem projektu EPICut i gospodarzem projektu EVOIMMECH, w komunikacie prasowym opublikowanym na stronie uniwersytetu. „Fagoterapia może stać się ważnym narzędziem, które pozwoli na ograniczenie wykorzystania antybiotyków oraz łączenie ich w celu zwiększenia skuteczności. Udało nam się ustalić, że zmiana typu antybiotyków wykorzystywanych w połączeniu z fagami pozwala nam na manipulowanie rozwojem oporności bakterii na fagi, zwiększając szanse na powodzenie leczenia. Działanie to ma ważny wpływ na wirulencję patogenu, dlatego należy brać je pod uwagę przy doborze terapii łączącej fagi i antybiotyki”. Wspierane przez projekty EPICut (Molecular mechanisms, evolutionary impacts and applications of prokaryotic epigenetic-targeted immune systems) i EVOIMMECH (The evolutionary ecology of bacterial immune mechanisms) badanie „dostarcza podstawowej wiedzy na temat ograniczeń układów odpornościowych opartych na CRISPR w kontakcie z wirusami”, jak twierdzi główna autorka badania dr Tatiana Dimitriu z Uniwersytetu w Exeter. „Naukowcy odkryli niedawno, że wiele układów odpornościowych opartych na CRISPR-Cas jest powiązanych z odpowiedziami komórki, które spowalniają lub zatrzymują wzrost bakterii w momencie zakażenia fagami. Podejrzewamy, że pozwala to komórkom wywoływać skuteczną odpowiedź odpornościową”. Więcej informacji: projekt EPICut projekt EVOIMMECH
Słowa kluczowe
EPICut, EVOIMMECH, fag, bakterie, antybiotykooporność, CRISPR, odpowiedź odpornościowa, układ odpornościowy