Jak bakterie „działają jak jedność”, aby uciec od antybiotyków
Nowe badania zbliżają się Pseudomonas aeruginosa aby odkryć strategię stosowaną przez bakterie lekooporne w celu uniknięcia antybiotyków. Odkrycia mogą pomóc zwiększyć skuteczność antybiotyków.
Jean-Louis Bru z wydziału biologii molekularnej i biochemii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine jest pierwszym autorem nowego badania, które ukazało się w Journal of Bacteriology.
Bru i współpracownicy skupili się na swoich badaniach Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), rodzaj bakterii, która atakuje głównie osoby z mukowiscydozą.
Mukowiscydoza jest dziedziczną chorobą układu oddechowego, w której płuca wytwarzają więcej śluzu niż powinny. Dotyka około 30 000 osób w Stanach Zjednoczonych.
P. aeruginosa występuje również w placówkach opieki zdrowotnej, a bakteria może rozprzestrzeniać się przez zanieczyszczoną wodę, glebę, ręce, sprzęt i inne powierzchnie. Bakteria może prowadzić do pooperacyjnych infekcji krwi lub innych części ciała, a także wywoływać zapalenie płuc.
P. aeruginosa jest jednym z najniebezpieczniejszych rodzajów bakterii.
W kontekście kryzysu zdrowia publicznego, jakim jest oporność na antybiotyki, Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) umieściła P. aeruginosa na liście „patogenów priorytetowych” - czyli 12 bakterii, które są najbardziej niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego, ponieważ uodporniły się na leki, które lekarze powszechnie stosowali do ich zwalczania.
WHO podzieliła te 12 bakterii na listę o „krytycznym”, „wysokim” i „średnim” priorytecie P. aeruginosa krytyczny ze względu na oporność na grupę antybiotyków zwaną karbapenemami.
Zaledwie 2 tygodnie temu Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom (CDC) również wzięło pod uwagę P. aeruginosa „poważne zagrożenie”, umieszczając je na swojej liście patogenów o wysokim priorytecie.
W tym szerszym ujęciu badania, takie jak badanie przeprowadzone przez Bru i współpracowników, mają kluczowe znaczenie zarówno dla zrozumienia mechanizmów obronnych bakterii, jak i skuteczniejszego zwalczania infekcji.
Bakterie działają jak „jeden zjednoczony organizm”
W nowym badaniu naukowcy zbadali wzrost i rozprzestrzenianie się bakterii na płytkach Petriego, odtwarzając środowisko podobne do środowiska błon śluzowych, które umożliwia P. aeruginosa rozwijać się w mukowiscydozie.
Tutaj zespół przetestował wpływ antybiotyków i bakteriofagów na „rójkę”, czyli zdolność bakterii do wspólnego przemieszczania się. Bakteriofagi to wirusy, które infekują i atakują bakterie od wewnątrz.
Mieszanie antybiotyku gentamycyny z P. aeruginosa roje ujawniły, że bakterie wysyłają sygnały do swoich bakterii tego samego gatunku, ostrzegając je przed niebezpieczeństwem i umożliwiając mu uniknięcie go.
Plik Pseudomonas bakterie robią to poprzez wydzielanie Pseudomonas chinolonowa cząsteczka sygnalizacyjna (PQS) - piszą autorzy. Wyjaśniają: „Mechanizmy te mają ogólny wpływ na ograniczenie infekcji do subpopulacji, co sprzyja przeżyciu całej populacji”.
Współautorka badania Nina Molin Høyland-Kroghsbo, adiunkt na wydziale weterynarii i nauk o zwierzętach na Uniwersytecie w Kopenhadze w Danii, komentuje eksperymenty i ich wyniki.
„W laboratorium widzimy, że bakterie po prostu pływają po„ niebezpiecznym obszarze ”z antybiotykami lub bakteriofagami. Kiedy otrzymają sygnał ostrzegawczy od swoich współplemieńców, widać w mikroskopie, że poruszają się po zgrabnym kole ”- mówi badacz, odnosząc się do ruchu roju.
„To sprytny mechanizm przetrwania bakterii” - kontynuuje. „Jeśli okaże się, że bakterie wykorzystują ten sam manewr unikania podczas zarażania ludzi, może to pomóc wyjaśnić, dlaczego niektórych infekcji bakteryjnych nie można skutecznie leczyć antybiotykami”.
„Fascynujące jest dla nas obserwowanie, w jaki sposób bakterie komunikują się i zmieniają zachowanie, aby cała populacja bakterii mogła przetrwać. Można prawie powiedzieć, że działają jak jeden zjednoczony organizm ”.
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
Torując drogę bardziej skutecznym antybiotykom
W połączonym artykule wstępnym Julia C. van Kessel komentuje znaczenie wyników, mówiąc to P. aeruginosaZdolność do wpływania na zachowanie grupy, takie jak rój w odpowiedzi na stres, jest „wyjątkowym” odkryciem. To skłoniło autorów badania do wymyślenia terminu „zbiorowa reakcja na stres”, pisze van Kessel.
Autorzy badania komentują również sposoby, w jakie ich odkrycia mogą ostatecznie pomóc w rozwiązaniu kryzysu oporności na antybiotyki.
Chociaż jest znacznie więcej do zrobienia, zanim odkrycia doprowadzą do opracowania pomocnych metod leczenia, następnym krokiem badawczym będzie znalezienie sposobów zakłócania sygnalizacji PQS bakterii.
Odkrycie „[toruje] drogę do używania narkotyków, próbując przede wszystkim zapobiec wysyłaniu sygnału ostrzegawczego” - mówi Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
„Alternatywnie można zaprojektować substancje, które mogą blokować sygnał przed otrzymywaniem przez inne bakterie, a to może potencjalnie zwiększyć skuteczność leczenia antybiotykami lub bakteriofagami” - dodaje badacz.
„Zakażenia tym typem bakterii stanowią poważny problem na całym świecie, z wieloma hospitalizacjami i zgonami. Dlatego cieszymy się, że możemy wnieść nową wiedzę, którą można potencjalnie wykorzystać do zwalczania tych bakterii ”.
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
