123RF
Bakterie zapalenia płuc o zmienionym kształcie zdradzają tajniki oporności
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 31.08.2021
Źródło: Komisja Europejska/CORDIS
Naukowcy opracowujący nowe antybiotyki chcą jak najwięcej dowiedzieć się o bakteriach wywołujących choroby. W tym celu analizują cykl życia drobnoustrojów lekoopornych.
Bakteria Streptococcus pneumoniae nadal stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi, mimo wielu działań na rzecz jej zwalczania. Przez ten oportunistyczny patogen rocznie umiera ponad 800 tys. dzieci, a ponad 14 milionów zarażonych zapada na ciężką chorobę w wyniku infekcji.
– Chcielibyśmy dokładniej poznać cykl komórkowy bakterii oraz przełożyć nasze wyniki na praktyczne zastosowania, które można by wykorzystać w warunkach klinicznych – mówi Liselot Dewachter z Uniwersytetu w Lozannie w Szwajcarii, która uczestniczy w badaniach.
Kształt ma znaczenie
Zespół dokonał interesujących obserwacji dotyczących biologii komórkowej patogenu. Jak wyjaśnia Dewachter: – Bakterie te mają zwykle owalny kształt i przypominają piłkę do rugby, jak na powyższym zdjęciu. Odkryliśmy jednak, że mogą przekształcić się w długie pałeczki, jeśli niektóre białka zostaną usunięte.
Wydłużenie następuje w wyniku wzrostu bakterii, które nie dzielą się już, by się namnażać. Podkreśla to rolę białek w podziale komórek. – Znaleźliśmy więc nowe wskazówki, które ułatwią zbadanie, w jaki sposób i w odpowiedzi na jakie bodźce molekularne S. pneumoniae dzieli się, aby rozmnażać się i tworzyć nowe bakterie – opowiada badaczka.
Nowe terapie antybakteryjne są efektem synergii połączenia
Opracowanie nowych antybiotyków może zająć kilkadziesiąt lat. Potrzeba działania jest większa na skutek narastającej oporności bakterii na środki przeciwdrobnoustrojowe.
Aby skrócić ten proces, naukowcy połączyli istniejące i zatwierdzone przez FDA leki w celu zwiększenia aktywności przeciwdrobnoustrojowej niektórych najważniejszych antybiotyków. Połączenie leków o podobnym działaniu prowadzi do synergii – efekt połączenia związków jest silniejszy niż w przypadku przyjmowania ich osobno. Dzięki temu antybiotyk ma silniejsze działanie.
Do wstępnej identyfikacji genów biorących udział w tych samych procesach zespół wykorzystał tzw. interferencję CRISPR. – Technologia interferencji CRISPR wykorzystuje zmodyfikowane sekwencje CRISPR, w których nić DNA nie jest przecinana, ale ekspresja genów, w które celuje system zakłóceń CRISPR, jest hamowana – wyjaśnia Dewachter.
Naukowcy wykorzystali sortowanie komórek aktywowanych fluorescencyjnie do badań przesiewowych poszczególnych komórek, które wykazują interesujące ich cechy, tj. z fenotypami, które są również aktywowane przez antybiotykoterapie. W wybranych komórkach zidentyfikowano, które geny są powiązane z wyselekcjonowanymi fenotypami.
Podejście to sprawiło, że oporne bakterie S. pneumoniae ponownie stały się wrażliwe na klinicznie istotne stężenia antybiotyków w środowisku laboratoryjnym. Jeśli wyniki te zostaną odtworzone dla zakażeń u ludzi, podejście to będzie można wykorzystać do skutecznego odwrócenia oporności i wydłużenia okresu życia klinicznego obecnie stosowanych antybiotyków.
Prace nadal trwają
Obecnie przygotowywana jest praca naukowa, która ma zostać ukończona w najbliższych miesiącach. Wyniki projektu zostały przedstawione na konferencji dotyczącej morfogenezy, przeżywalności i zjadliwości bakterii, Bacterial Morphogenesis, Survival and Virulence: Regulation in 4D”, w RPA w 2019 roku, jeszcze przed pandemią.
– Mimo że finansowanie projektu dobiegło końca, nadal pracujemy nad dokończeniem naszych badań. Obecnie naukowcy przeprowadzają testy in vivo w celu sprawdzenia potencjału klinicznego tej nowej strategii leczenia. Rozważamy również ubieganie się o patent, co umożliwiłoby przeniesienie wyników naszych prac do klinik – informuje Dewachter.
Projekt GetToKnowPneumo, który ma na celu badanie biologii komórkowej patogenu ludzkiego S. pneumoniae, otrzymał dofinansowanie w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”.
– Chcielibyśmy dokładniej poznać cykl komórkowy bakterii oraz przełożyć nasze wyniki na praktyczne zastosowania, które można by wykorzystać w warunkach klinicznych – mówi Liselot Dewachter z Uniwersytetu w Lozannie w Szwajcarii, która uczestniczy w badaniach.
Kształt ma znaczenie
Zespół dokonał interesujących obserwacji dotyczących biologii komórkowej patogenu. Jak wyjaśnia Dewachter: – Bakterie te mają zwykle owalny kształt i przypominają piłkę do rugby, jak na powyższym zdjęciu. Odkryliśmy jednak, że mogą przekształcić się w długie pałeczki, jeśli niektóre białka zostaną usunięte.
Wydłużenie następuje w wyniku wzrostu bakterii, które nie dzielą się już, by się namnażać. Podkreśla to rolę białek w podziale komórek. – Znaleźliśmy więc nowe wskazówki, które ułatwią zbadanie, w jaki sposób i w odpowiedzi na jakie bodźce molekularne S. pneumoniae dzieli się, aby rozmnażać się i tworzyć nowe bakterie – opowiada badaczka.
Nowe terapie antybakteryjne są efektem synergii połączenia
Opracowanie nowych antybiotyków może zająć kilkadziesiąt lat. Potrzeba działania jest większa na skutek narastającej oporności bakterii na środki przeciwdrobnoustrojowe.
Aby skrócić ten proces, naukowcy połączyli istniejące i zatwierdzone przez FDA leki w celu zwiększenia aktywności przeciwdrobnoustrojowej niektórych najważniejszych antybiotyków. Połączenie leków o podobnym działaniu prowadzi do synergii – efekt połączenia związków jest silniejszy niż w przypadku przyjmowania ich osobno. Dzięki temu antybiotyk ma silniejsze działanie.
Do wstępnej identyfikacji genów biorących udział w tych samych procesach zespół wykorzystał tzw. interferencję CRISPR. – Technologia interferencji CRISPR wykorzystuje zmodyfikowane sekwencje CRISPR, w których nić DNA nie jest przecinana, ale ekspresja genów, w które celuje system zakłóceń CRISPR, jest hamowana – wyjaśnia Dewachter.
Naukowcy wykorzystali sortowanie komórek aktywowanych fluorescencyjnie do badań przesiewowych poszczególnych komórek, które wykazują interesujące ich cechy, tj. z fenotypami, które są również aktywowane przez antybiotykoterapie. W wybranych komórkach zidentyfikowano, które geny są powiązane z wyselekcjonowanymi fenotypami.
Podejście to sprawiło, że oporne bakterie S. pneumoniae ponownie stały się wrażliwe na klinicznie istotne stężenia antybiotyków w środowisku laboratoryjnym. Jeśli wyniki te zostaną odtworzone dla zakażeń u ludzi, podejście to będzie można wykorzystać do skutecznego odwrócenia oporności i wydłużenia okresu życia klinicznego obecnie stosowanych antybiotyków.
Prace nadal trwają
Obecnie przygotowywana jest praca naukowa, która ma zostać ukończona w najbliższych miesiącach. Wyniki projektu zostały przedstawione na konferencji dotyczącej morfogenezy, przeżywalności i zjadliwości bakterii, Bacterial Morphogenesis, Survival and Virulence: Regulation in 4D”, w RPA w 2019 roku, jeszcze przed pandemią.
– Mimo że finansowanie projektu dobiegło końca, nadal pracujemy nad dokończeniem naszych badań. Obecnie naukowcy przeprowadzają testy in vivo w celu sprawdzenia potencjału klinicznego tej nowej strategii leczenia. Rozważamy również ubieganie się o patent, co umożliwiłoby przeniesienie wyników naszych prac do klinik – informuje Dewachter.
Projekt GetToKnowPneumo, który ma na celu badanie biologii komórkowej patogenu ludzkiego S. pneumoniae, otrzymał dofinansowanie w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”.
