Ερευνητές δείχνουν για πρώτη φορά πώς τα αντιβιοτικά καταστρέφουν την άμυνα των βακτηρίων

Ερευνητές στη Βρετανία έδειξαν για πρώτη φορά πώς τα αντιβιοτικά που ονομάζονται πολυμυξίνες διαπερνούν την «πανοπλία» των επιβλαβών βακτηρίων. Τα ευρήματα της μελέτης τους που δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Microbiology, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες θεραπείες για βακτηριακές λοιμώξεις– ένα ζήτημα ιδιαίτερα κρίσιμο, καθώς τα ανθεκτικά στα φάρμακα βακτήρια προκαλούν ήδη περισσότερους από ένα εκατομμύριο θανάτους κάθε χρόνο.

Οι πολυμυξίνες ανακαλύφθηκαν πριν από περισσότερα από 80 χρόνια και χρησιμοποιούνται ως θεραπεία τελευταίας γραμμής για λοιμώξεις που προκαλούνται από Gram αρνητικά βακτήρια. Αυτά τα βακτήρια διαθέτουν μια εξωτερική επιφανειακή στιβάδα που λειτουργεί σαν «πανοπλία» εμποδίζοντας ορισμένα αντιβιοτικά να διεισδύσουν στο κύτταρο. Οι πολυμυξίνες είναι γνωστό ότι στοχεύουν αυτή την εξωτερική στιβάδα, αλλά ο τρόπος με τον οποίο τη διαταράσσουν και στη συνέχεια σκοτώνουν τα βακτήρια, δεν ήταν πλήρως κατανοητός.

Στη νέα μελέτη, η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε μέσω εικόνων υψηλής ανάλυσης και βιοχημικών πειραμάτων πώς το αντιβιοτικό Πολυμυξίνη B προκαλεί γρήγορα εξογκώματα και ανωμαλίες στην επιφάνεια ενός βακτηριακού κυττάρου E. coli. Αυτές οι προεξοχές, που εμφανίστηκαν μέσα σε λίγα λεπτά, ακολουθήθηκαν από την ταχεία αποβολή της εξωτερικής «πανοπλίας» του βακτηρίου.

Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το αντιβιοτικό είχε ενεργοποιήσει το κύτταρο ώστε να παράγει και να αποβάλλει την πανοπλία του. Όσο περισσότερο το κύτταρο προσπαθούσε να δημιουργήσει νέα πανοπλία, τόσο περισσότερο την έχανε, αφήνοντας κενά στην άμυνά του, που επέτρεπαν στο αντιβιοτικό να εισέλθει στο κύτταρο και να το σκοτώσει.

Ωστόσο, η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτή η διαδικασία – εξογκώματα, γρήγορη παραγωγή και αποβολή πανοπλίας, και θάνατος του κυττάρου – συνέβαινε μόνο όταν το κύτταρο ήταν ενεργό. Στα αδρανή βακτήρια, η παραγωγή της πανοπλίας είναι απενεργοποιημένη, καθιστώντας το αντιβιοτικό αναποτελεσματικό.

Ο συν-επικεφαλής συγγραφέας, Δρ. Άντριου Έντουαρντς από το Imperial, δήλωσε: «Για δεκαετίες υποθέταμε ότι τα αντιβιοτικά που στοχεύουν την πανοπλία των βακτηρίων μπορούσαν να σκοτώσουν τα μικρόβια σε οποιαδήποτε κατάσταση, είτε αναπαράγονται ενεργά είτε είναι αδρανή. Αλλά αυτό δεν ισχύει. Μέσω αυτών των εκπληκτικών εικόνων μεμονωμένων κυττάρων, καταφέραμε να δείξουμε ότι αυτή η κατηγορία αντιβιοτικών λειτουργεί μόνο με τη βοήθεια του βακτηρίου, και αν τα κύτταρα εισέλθουν σε κατάσταση ‘χειμερίας νάρκης’, τα φάρμακα δεν λειτουργούν – κάτι που μας εξέπληξε».

Η «χειμερία νάρκη» επιτρέπει στα βακτήρια να επιβιώνουν σε δυσμενείς συνθήκες, όπως έλλειψη τροφής. Μπορούν να παραμείνουν σε αυτή την κατάσταση για πολλά χρόνια και να «ξυπνήσουν» όταν οι συνθήκες γίνουν πιο ευνοϊκές, επιτρέποντας τους να επιβιώσουν έναντι των αντιβιοτικών και να προκαλέσουν υποτροπιάζουσες λοιμώξεις.

«Η επόμενη πρόκλησή μας είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα ευρήματα για να κάνουμε τα αντιβιοτικά πιο αποτελεσματικά. Μια στρατηγική μπορεί να είναι η συνδυασμένη χρήση της πολυμυξίνης – παράδοξα – με θεραπείες που προάγουν την παραγωγή πανοπλίας και/ή ξυπνούν τα αδρανή βακτήρια, ώστε να εξοντωθούν και αυτά τα κύτταρα» δήλωσε ο συν-συγγραφέας, Μπαρτ Χούγκενμπουμ από το London Centre for Nanotechnology του UCL.

«Η μελέτη μας δείχνει επίσης ότι πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη την κατάσταση των βακτηρίων όταν αξιολογούμε την αποτελεσματικότητα των αντιβιοτικών» σημείωσε.

Η ομάδα συνέκρινε πώς τα ενεργά (αναπτυσσόμενα) και τα αδρανή κύτταρα E. coli αντιδρούν στην πολυμυξίνη B στο εργαστήριο, διαπιστώνοντας ότι το αντιβιοτικό εξόντωσε αποτελεσματικά τα ενεργά κύτταρα αλλά όχι τα αδρανή. Η ομάδα δοκίμασε επίσης την αντίδραση των κυττάρων E. coli με και χωρίς πρόσβαση σε ζάχαρη (πηγή τροφής που «ξυπνά» τα βακτήρια). Όταν υπήρχε ζάχαρη, το αντιβιοτικό σκότωσε τα αδρανή κύτταρα, αλλά μόνο μετά από 15 λεπτά– τον χρόνο που χρειάζονταν τα βακτήρια για να καταναλώσουν τη ζάχαρη και να ξαναρχίσουν την παραγωγή της εξωτερικής τους πανοπλίας.

Σε συνθήκες όπου το αντιβιοτικό λειτουργούσε αποτελεσματικά, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα βακτήρια απελευθέρωναν μεγαλύτερη ποσότητα της εξωτερικής τους θωράκισης, ενώ εμφανίζονταν χαρακτηριστικά εξογκώματα σε όλη την επιφάνεια του κυττάρου. Σε συνθήκες όπου ήταν αναποτελεσματικό, το αντιβιοτικό προσκολλόταν στην εξωτερική μεμβράνη αλλά προξενούσε λίγες βλάβες.

«Διαπιστώσαμε ότι η διατάραξη της εξωτερικής πανοπλίας των βακτηρίων συνέβαινε μόνο όταν κατανάλωναν ζάχαρη. Μόλις το καταλάβαμε, μπορέσαμε γρήγορα να κατανοήσουμε τι συνέβαινε», κατέληξε ο συν-συγγραφέας Δρ. Εντ Ντάγκλας από το Imperial.

ΠΗΓΗ: Science Daily