Σημαντική ανακάλυψη για την ανάπτυξη ανθεκτικότητας των βακτηριδίων στα αντιβιοτικά

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν νέες λεπτομέρειες για τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια ανταλλάσσουν γονίδια μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με την αντοχή στα αντιβιοτικά, ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα δημόσιας υγείας παγκοσμίως. Τα ευρήματα προέρχονται από ερευνητές του John Innes Centre, οι οποίοι μελέτησαν ιδιαίτερα σωματίδια που ονομάζονται «παράγοντες μεταφοράς γονιδίων» (Gene Transfer Agents – GTAs).

Τα GTAs μοιάζουν με βακτηριοφάγους, δηλαδή ιούς που μολύνουν βακτήρια, αλλά δεν λειτουργούν πλέον ως επιβλαβείς εισβολείς. Στην πραγματικότητα, προέρχονται από αρχαίους ιούς που τα βακτήρια έχουν «εξημερώσει» και ενσωματώσει στο δικό τους βιολογικό σύστημα. Αντί να προκαλούν μόλυνση, λειτουργούν ως εργαλεία που βοηθούν τα βακτήρια να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό.

Σωματίδια που μεταφέρουν DNA από κύτταρο σε κύτταρο

Τα GTAs λειτουργούν σαν μικροσκοπικά «οχήματα μεταφοράς». Συλλέγουν τμήματα DNA από ένα βακτηριακό κύτταρο και τα μεταφέρουν σε γειτονικά κύτταρα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται οριζόντια μεταφορά γονιδίων και επιτρέπει στα βακτήρια να μοιράζονται γρήγορα χρήσιμα χαρακτηριστικά.

Μεταξύ αυτών των χαρακτηριστικών περιλαμβάνονται και γονίδια που βοηθούν τα βακτήρια να επιβιώνουν όταν εκτίθενται σε αντιβιοτικά. Αυτός ο μηχανισμός αποτελεί βασικό παράγοντα στη διάδοση της αντοχής στα αντιβιοτικά (antimicrobial resistance -AMR), η οποία δυσκολεύει τη θεραπεία πολλών λοιμώξεων.

Ένα κρίσιμο στάδιο στη λειτουργία των GTAs είναι η λύση του κυττάρου-ξενιστή (cell lysis), δηλαδή το «σπάσιμο» του βακτηριακού κυττάρου ώστε να απελευθερωθούν τα σωματίδια που περιέχουν DNA. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες δεν κατανοούσαν πλήρως πώς αυτά τα σωματίδια εγκαταλείπουν το κύτταρο.

Ένα σύστημα τριών γονιδίων ελέγχει τη διάσπαση των κυττάρων

Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Microbiology, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο βαθιάς γενετικής ανάλυσης για να εντοπίσουν τα γονίδια που εμπλέκονται στη λειτουργία των GTAs στο βακτήριο-μοντέλο Caulobacter crescentus.

Η ανάλυση αποκάλυψε ένα σύστημα τριών γονιδίων, που ονομάζεται LypABC, το οποίο παράγει συγκεκριμένες βακτηριακές πρωτεΐνες. Όταν οι επιστήμονες αφαίρεσαν αυτά τα γονίδια, τα κύτταρα δεν μπορούσαν πλέον να διασπαστούν για να απελευθερώσουν τα GTAs. Αντίθετα, όταν το σύστημα ενεργοποιήθηκε υπερβολικά, πολλά κύτταρα διασπάστηκαν μαζικά. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι το LypABC λειτουργεί ως βασικός μηχανισμός ελέγχου της διαδικασίας.

Ένα ανοσοποιητικό σύστημα που άλλαξε ρόλο

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα ήταν ότι το σύστημα LypABC μοιάζει πολύ με ένα βακτηριακό ανοσοποιητικό σύστημα που χρησιμοποιείται για την άμυνα απέναντι σε ιούς. Περιλαμβάνει πρωτεΐνες που συνήθως σχετίζονται με την προστασία από επιθέσεις ιών.

Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, το σύστημα φαίνεται να έχει αποκτήσει έναν νέο ρόλο: να βοηθά στην απελευθέρωση των GTAs και να διευκολύνει τη μεταφορά γονιδίων. Η έρευνα, που πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του York και το Rowland Institute στο Harvard, δείχνει ότι τα βακτήρια μπορούν να επαναχρησιμοποιούν υπάρχοντα βιολογικά συστήματα με απροσδόκητους τρόπους.

Η σημασία της αυστηρής ρύθμισης

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν επίσης μια ρυθμιστική πρωτεΐνη που διατηρεί τη δραστηριότητα των GTAs υπό αυστηρό έλεγχο. Αυτή η ρύθμιση είναι ζωτικής σημασίας, επειδή η λανθασμένη ενεργοποίηση του συστήματος LypABC μπορεί να είναι πολύ τοξική για τα ίδια τα βακτηριακά κύτταρα.

Η σωστή ισορροπία επιτρέπει στα βακτήρια να ανταλλάσσουν γονίδια χωρίς να καταστρέφονται μαζικά. Η ανακάλυψη αυτή δείχνει πόσο ευέλικτα είναι τα βακτηριακά συστήματα και πόσο αποτελεσματικά μπορούν να προσαρμόζονται.

Νέα στοιχεία για την καταπολέμηση της αντοχής στα αντιβιοτικά

Η μελέτη προσφέρει σημαντικές πληροφορίες για το πώς μετακινούνται τα γονίδια μεταξύ βακτηρίων — μια διαδικασία που παίζει καθοριστικό ρόλο στην εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέες στρατηγικές για τον περιορισμό της AMR, η οποία αποτελεί μια από τις σημαντικότερες απειλές για τη σύγχρονη ιατρική.

Η κύρια συγγραφέας της μελέτης, Δρ. Emma Banks, επισήμανε ότι το πιο ενδιαφέρον στοιχείο είναι πως το σύστημα LypABC μοιάζει με ανοσοποιητικό σύστημα, αλλά χρησιμοποιείται από τα βακτήρια για να απελευθερώνει σωματίδια που μεταφέρουν DNA. Αυτό υποδηλώνει ότι μηχανισμοί άμυνας μπορούν να μετατραπούν σε εργαλεία συνεργασίας μεταξύ βακτηρίων.

Απολαμβάνετε το περιεχόμενο μας? Εγγραφείτε στο newsletter μας!

Το επόμενο στάδιο της έρευνας είναι να κατανοηθεί πώς ενεργοποιείται το σύστημα LypABC και πώς ελέγχει τη διάσπαση των βακτηριακών κυττάρων και την απελευθέρωση των GTAs.

Συνολικά, η μελέτη προσφέρει νέα γνώση για το πώς οι «πρώην εχθροί» των βακτηρίων -οι αρχαίοι ιοί- έχουν μετατραπεί σε συμμάχους που βοηθούν στην ανταλλαγή γονιδίων. Η καλύτερη κατανόηση αυτής της διαδικασίας μπορεί να συμβάλει στην αντιμετώπιση της αντοχής στα αντιβιοτικά και στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των θεραπειών στο μέλλον.