Dlaczego antybiotyki zawodzą w walce z bakteriami
Bakterie odporne na działanie antybiotyków stały się głównym problemem środowisk medycznych na całym świecie. Nowe badanie bada, co sprawia, że te „superbakterie” są odporne na niektóre z najsilniejszych narkotyków.
Dopiero niedawno Wiadomości medyczne dzisiajprzedstawiliśmy badanie podkreślające stale narastający kryzys superbakterii rozprzestrzeniających się w nieoczekiwanie szybkim tempie na całym świecie.
Autorzy tego badania z ponurym ostrzeżeniem, że jeśli bakterie nadal będą się tak skutecznie i z taką szybkością „pancerzyć”, antybiotyki mogą wkrótce stać się całkowicie nieskuteczne wobec nich.
Dlatego niezwykle ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób dokładnie te mikroorganizmy mogą zwalczać leki, które wcześniej były w stanie im przeciwdziałać. Ta wiedza będzie pierwszym krokiem do opracowania silniejszych metod leczenia uporczywych infekcji bakteryjnych.
W ramach nowych badań zespół fizyków z Uniwersytetu McMaster w Hamilton w Kanadzie ustalił, co pozwala bakteriom odpychać antybiotyki, gdy staną się oporne.
Chociaż mechanizm jest prosty, dzięki wysoce czułej technologii naukowcy po raz pierwszy go zbadali i zdołali go zlokalizować.
Główny autor badania, prof. Maikel Rheinstädter i współpracownicy, przedstawiają swoje odkrycia w artykule badawczym opublikowanym w czasopiśmie Nature Communications Biology opublikował dzisiaj. Naukowcy są przekonani, że ich odkrycie może pomóc naukowcom w projektowaniu skuteczniejszych leków na infekcje.
„Istnieje wiele, wiele bakterii i tak wiele antybiotyków, ale proponując podstawowy model, który ma zastosowanie do wielu z nich, możemy znacznie lepiej zrozumieć, jak lepiej radzić sobie z opornością i przewidywać ją” - zauważa prof. Rheinstädter.
Potrzeba zrozumienia mikromechanizmów
Aby zrozumieć, w jaki sposób uparte bakterie są w stanie powstrzymać silne antybiotyki, naukowcy szczegółowo zbadali mechanizm, który umożliwia jednemu z tych leków przenikanie przez błonę bakteryjną i wykonywanie swojej pracy.
W tym badaniu naukowcy zwrócili się do polimyksyny B, antybiotyku używanego przez lekarzy w leczeniu zapalenia opon mózgowych i infekcji dróg moczowych, oczu i krwi.
Naukowcy wyjaśniają, że wybrali ten konkretny lek, ponieważ był to jedyny antybiotyk, który działałby na bakterie, które w przeciwnym razie byłyby oporne na leki. Jednak kilka lat temu zespół specjalistów z Chin odkrył, że jeden gen bakteryjny może uodpornić te mikroorganizmy na polimyksyny.
„Chcieliśmy się dowiedzieć, w jaki sposób ta bakteria, konkretnie, zatrzymała ten lek w tym konkretnym przypadku” - mówi pierwszy autor Adree Khondker, dodając: „Jeśli to zrozumiemy, będziemy mogli zaprojektować lepsze antybiotyki”.
Naukowcy wykorzystali specjalistyczne, czułe narzędzia, które umożliwiły analizę błony bakteryjnej. Narzędzia te renderowały obrazy o niezwykle wysokiej rozdzielczości, które uchwyciły nawet pojedyncze cząsteczki o wymiarach około jednej milionowej szerokości pojedynczego pasma włosów.
„Jeśli weźmiesz komórkę bakteryjną i dodasz ten lek, w ścianie utworzą się dziury, działające jak dziurkacz i zabijające komórkę” - zauważa Khondker. „Ale było wiele dyskusji na temat tego, jak powstały te dziury”.
Co dzieje się z opornymi bakteriami?
Mechanizm przenikania antybiotyku przez błonę bakteryjną działa w następujący sposób: bakteria, która ma ładunek ujemny, automatycznie „wciąga” lek, który ma ładunek dodatni.
Jednak gdy to nastąpi, błona bakteryjna działa jak bariera przeciwko antybiotykowi, uniemożliwiając mu przedostanie się do wnętrza bakterii. W normalnych warunkach jest to nieskuteczne, ponieważ membrana jest wystarczająco cienka, aby antybiotyk mógł w niej „przebić dziury”.
Jednak w przypadku bakterii lekoopornych najnowocześniejsza technologia naukowców ujawniła, że membrana staje się sztywniejsza i trudniejsza do penetracji. Ponadto ładunek ujemny bakterii słabnie, co oznacza, że antybiotyk trudniej jest go zlokalizować i „przykleić” do niego.
Jak opisuje to Khondker: „W przypadku narkotyku to jak przejście od cięcia Jello do przecinania skał”.
To pierwszy raz, kiedy zespół badawczy był w stanie z całą pewnością wskazać te zmiany, podkreślają badacze.
„Było wiele spekulacji na temat tego mechanizmu. Ale po raz pierwszy możemy udowodnić, że membrana jest sztywniejsza, a proces jest spowolniony ”.
Prof. Maikel Rheinstädter
