Bakterie zabijają … bakterie!

Naukowcy opracowali, dzięki biologii syntetycznej, zmodyfikowaną postać bakterii Escherichia coli, aby walczyć przeciwko innej bakterii, Pseudomonas aeruginos, odwracając ich broń przeciwko niej. Jest to nowy trop pozwalający walczyć z tą bakterią, która jest odpowiedzialna za infekcje szpitalne albo za infekcje u osób z obniżoną odpornością.

Nie przestajemy dokonywać postępów! Naukowcy opracowali więc tym razem bakterię-nosicielkę broni wymierzonej w … inne bakterie! Gatunkiem namierzonym i przeznaczonym do likwidacji jest bakteria Pseudomonas aeruginosa, gram-ujemna, która może być przyczyną infekcji szpitalnych.

Obecna w pewnych ilościach w układzie oddechowym i w układzie pokarmowym, jest ona również szkodliwa dla ludzi z obniżoną odpornością.

Zaostrzona odporność bakterii patogennych na antybiotyki popycha naukowców do poszukiwania nowych metod walki z tymi mikroorganizamami. Poza tym, bakteria Pseudomonas aeruginosa posiada również środki obrony, która zapewniają jej naturalnie odporność na antybiotyki.

Biologia syntetyczna, która polega na opracowywaniu systemów biologicznych przeznaczonych do wykorzystania w różnych domenach, takich jak środowisko (biopaliwa, na przykład) albo zdrowie, pozwoliła naukowcom z uniwersytetu technologicznego z Nanyand (Singapur) wymyślić szczep bakterii Escherichia coli, który atakuje bakterię P. aeruginosa.

E. coli: mała bomba z opóźnionym zapłonem

Aby móc regulować swoją populację, bakterie syntezują proteiny, które mają za zadanie zabijanie ich pobratymców (należących do tego samego gatunku albo bardzo bliskich), albo ograniczyć ich wzrost. Molekuły te są nazywane bakteriocynami.

Bakteria Pseudomonas aeruginosa nie wymyka się tej regule. Proteina, którą syntezuje, to piocyna. Badacze więc wpadli na pomysł, aby posłużyć się tą substancją wysoce specjalistyczną, aby walczyć z tym patogenem. Aby tego dokonać, naukowcy odwołali się do pomocy biologii syntetycznej.

Opracowali oni system biologiczny zdolny do syntezowania i wydzielania bakteriocyny i wprowadzili ten system do organizmu innej bakterii, a priori niegroźnej, czyli Escherichia coli.

Quorum sensing i dobry timing

Zmyślność techniczna nie zatrzymuje się w tym punkcie. Naukowcy również bowiem zrobili tak, że piocyna jest wydzielana jedynie w takiej chwili, kiedy zagęszczenie bakterii Pseudomonas aeruginosa jest zbyt duże.

Technika ta zasadza się na zdolności, którą mają bakterie, do wykrywania zagęszczenia wielkich populacji ich pobratymców. Zjawisko to jest nazywane detekcją quorum (wykrywanie kworum, sygnalizacja zagęszczenia) bardzo powszechnie, a z języka angielskiego i łacińskiego - quorum sensing.

Kiedy wielkie zagęszczenie zostanie wykryte, aktywowane jest wiele genów, a wśród nich te, które pozwalają na aktywację syntezy piocyny. Ten mechanizm został również wprowadzony do organizmów E. coli. A następnie, badacze wprowadzili geny pozwalające in fine na lizę (rozpuszczenie) membrany E.coli, aby piocyna została skutecznie uwolniona w wewnętrznym środowisku.

Dziewięćdziesiąt dziewięć procent agentów patogennych zneutralizowanych!

W ten sposób, kiedy bakterie E. coli przetworzone znajdują się w obliczu dużego zagęszczenia bakterii P. aeruginosa, syntezują one i wydzielają piocynę. Rezultaty, opublikowane w naukowym Molecular Sytems Biology, są spektakularne, ponieważ w laboratorium jedynie 1% bakterii patogennych przeżył.

Dlaczeg więc zwlekamy z rozwojem tej strategii? Przed nami jeszcze wiele wyzwań, mówią naukowcy, które należy pokonać. Bakteria E. coli jest tutaj nieszkodliwa, a wydzielani piocyny powoduje jej śmierć.

Mimo wszystko, obecność tej bakterii, której niektóre szczepy okazały się już zakaźne, może budzić sceptycyzm.

W końcu, piocyna przychodzi na pomoc antybiotykom, których skuteczność jest coraz słabsza ze względu na zjawisko odporności. Ale piocyna, czy nie jest ona również przedmiotem odporności patogenów? Według autorów, nie. Albo przynajmniej, jeszcze nie. Aż do tej pory, nie zaobserwowano zjawiska nabycia odporności na piocynę.