Zatruta igła jako nowy antybiotyk?

Bakterie to potrafią się bronić: zainstalowana na powierzchni komórki swojego rodzaju zatruta igła może zahamować wzrost wrogich bakterii. Jest to mechanizm, z którego, być może, będzie można skorzystać, w opracowywaniu nowych antybiotyków. Komunikacja międzykomórkowa jest niezbędna dla życia organizmu międzykomórkowego, takiego jak zwierzęta, ale jest ona także bardzo ważna w życiu bakterii.

Pozwala im ona zorganizować życie w różnego rodzaju społeczności, na przykład w tak zwaną „biofolię”, gdzie miliardy bakterii żyje obok siebie. Niektóre bakterie łączą się i przekazują sobie czynniki odporności na antybiotyki. Ponieważ konkurencja w świecie bakteryjnym jest bardzo duża, bakterie również powinne mieć grupowe środki obrony przeciwko innym gatunkom bakteryjnym, tak samo jak rycerze walczący w obronie swoich ziem.

I w rzeczywistości, jakiś już czas temu, mechanizm obrony nazwany „zależna od kontaktu  inhibicja wzrostu”, ang. contact-dependent inhibition, CDI, została odkryta u bakterii-modelu Escherichia coli. W przypadku bezpośredniego kontaktu między dwoma komórkami, bakteria uzbrojona w swój CDI wywoływała zatrzymanie wzrostu wrogiej bakterii.

Broń bakterii nazwanych CDI+ może więc być rozważana jako miecz międzykomórkowy, złożony z dwóch protein CdiB/CdiA (contact-dependent inhibitor A i B). Ale, aby nie brać na cel bakterii z tego samego obozu, komórki są także wyposażone w tarczę ochronną. Trzecia proteina, CdiI (contact-dependent inhibition growth immunity), jest niezbędna i wystarczająca, aby zapewnić odporność przeciwko autoinhibicji.

Mechanizm inhibicji nie został jeszcze dokładnie wyjaśniony, a więc nie było wtedy jeszcze wiadome, czy ten system jest charakterystyczny jedynie dla bakterii E.coli, czy też przeciwnie – szeroko rozpowszechiony w wielkim świecie bakteryjnym.

Mechanizm powszechny na łonie bakterii

Nowe badanie, które ukazało się w przeglądzie Nature, zainteresowało się odnalezieniem tego systemu u innych gatunków. Analizy bioinformatyczne, po których dokonano doświadczeń biologicznych, pozwoliły wykazać, że wielka liczba różnego rodzaju bakterii posiada system ataku typu CDI, nawet bakterie patogenne dla człowieka (E.coli patogenne zamieszane w powstawanie infekcji układu moczowego, albo też gatunki Yersinia, która jest czynnikiem dżumy).

Jednakże, broń i tarcza (proteiny), są kodowane przez sekwencje DNA słabo zachowane, co prowadzi do różnorodności kompleksów CDI. Analizując to wszystko z bliska, badacze nagromadzili różne wskazówki, które pozwalają przypuszczać, że mechanizmy działania różnych kompleksów CDI były także bardzo różne, jak również to, że działanie toksyczne było zapewniane przez końcówki proteiny CdiA.

Podczas gdy niektóre niszczą RNA przekaźnikowy komórki-celu, aby nie mogła ona więcej syntetyzować protein, inne hamują replikację komórkowego DNA genomowego. W obydwu przypadkach, żadne namnażanie komórkowe nie jest już możliwe, o ile w bakterii-celu nie ma adekwatnej proteiny CdiI, czyli proteiny-antidotum.

Tak więc, ta broń bakteryjna wydaje się bardziej zastrzykiem uspokajającym niż śmiercionośnym mieczem, ponieważ komórki mogą przeżyć, ale ich działanie jest spowolnione.

Taki jest również mechanizm działania niektórych antybiotyków. Odkrycie to być może doprowadzi, ewentualnie, do opracowania nowych środków pozwalających walczyć z bakteriami patogennymi, mówi pani Stephanie K. Aoki, pierwsza autorka artykułu.

Jest to wyzwanie dla naukowców, ponieważ odporność bakteryjna na antybiotyki jest coraz większa, a bakterie superodporne zaczynają się rozprzestrzeniać na całym świecie, nawet we Francji.