Mechanizmy tolerancji jednej z bakterii na reaktywne formy tlenu, wykorzystywane w terapii fotodynamicznej, bada naukowiec z Politechniki Gdańskiej. Wyniki mogą mieć wpływ na rozwój nowych metod walki z infekcjami opornymi na antybiotyki.
Tlen jest wykorzystywany w procesie oddychania komórkowego i wytwarzania energii. Niektóre enzymy przeprowadzające ten proces mogą wytwarzać niebezpieczne produkty uboczne, na przykład reaktywne formy tlenu (RFT). Aby przetrwać i zapobiec samozniszczeniu, każda komórka bakteryjna musi korzystać z zaawansowanej maszynerii. Na pierwszej linii obrony stają przeciwutleniacze i specyficzne enzymy. Poza tym bakterie potrzebują regulatorów odpowiedzi, które są zdolne do wykrycia RFT, a następnie do pobudzenia produkcji enzymów odpowiedzialnych za ich neutralizację.
Pomimo tego, że większość bakterii ma zaawansowane systemy neutralizacji RFT i naprawy wywołanych przez nie uszkodzeń, wiele terapii przeciwdrobnoustrojowych swoje działanie opiera na wytwarzaniu RFT. Zastosowanie RFT w stężeniach przewyższających normę prowadzi do poważnych uszkodzeń komórki bakteryjnej i ostatecznie do jej śmierci. Właśnie dlatego RFT są wytwarzane przez komórki układu odpornościowego, gdy bakterie chorobotwórcze atakują ludzki organizm, a także przez niektóre antybiotyki, zimną plazmę atmosferyczną oraz podczas inaktywacji fotodynamicznej – tłumaczy dr Michał Pierański z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej.
Jego badania dotyczą bakterii Streptococcus agalactiae, jednego z głównych źródeł groźnych zakażeń u noworodków, kobiet w ciąży i osób starszych. Obecność paciorkowca bezmleczności w organizmie może prowadzić m.in. do zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, sepsy i zapalenia płuc u noworodków, a także do ciężkich zakażeń układu moczowego i narządów rodnych u dorosłych. Choć w krajach rozwiniętych prowadzi się skuteczną profilaktykę, nie zawsze jest ona dostępna. Naukowiec z PG pracuje nad koncepcją, która pozwoli szybko neutralizować zagrożenie, nawet w trakcie porodu. Chodzi o przeciwdrobnoustrojową inaktywację fotodynamiczną (aPDI), w której wykorzystywane są światło, tlen i związki światłoczułe. To terapia, która może stanowić alternatywne podejście do problemu oporności bakterii na antybiotyki. Jej zaletą jest to, że w wyniku kontroli źródła światła RFT są wytwarzane tylko w miejscu infekcji. Bakterie poddane aPDI giną na skutek stresu oksydacyjnego, a dotąd nie zaobserwowano zjawiska oporności.
Sprawdzając, czy terapia fotodynamiczna może być alternatywą dla stosowania antybiotyków, zauważyliśmy, że przy zastosowaniu następujących po sobie cykli małych dawek aPDI dochodzi do rozwoju tolerancji na aPDI. Bakterie, które rozwinęły tolerancję nadal mogą być zabite, gdy stosowane zostaną bardziej drastyczne warunki terapeutyczne, a więc dłuższy czas naświetlania. Niestety, musimy być świadomi, że w końcu może to doprowadzić do wystąpienia oporności. Dlatego będę szukał genów odpowiedzialnych za ten proces – zapowiada dr Pierański.
Naukowiec planuje połączyć dwie strategie. Pierwsza zakłada analizę ekspresji genów aktywowanych w czasie terapii aPDI, wyselekcjonowanie najbardziej zaangażowanych i ich usunięcie w kolejnych eksperymentach. Druga opiera się na wykorzystaniu biblioteki mutantów z losowymi zmianami genetycznymi i testowaniu ich reakcji na terapię. Następnie zbada, czy bakterie pozbawione tych genów są zdolne do rozwoju tolerancji oraz udział tych genów w formowaniu biofilmu.
Identyfikacja genów istotnych w procesie rozwoju tolerancji może przyczynić się do odkrycia w przyszłości ich inhibitorów, które zapobiegną rozwojowi tolerancji lub przynajmniej opóźnią jej wystąpienie. Jako pierwsi podejmujemy się zbadać ten proces dla Streptococcus agalactiae. Wyniki pomogą nam pomoże zrozumieć mechanizmy, z których korzystają bakterie, aby uniknąć śmierci spowodowanej przez RFT. Będzie to miało ogromne znaczenie dla przyszłości wszystkich terapii przeciwbakteryjnych opierających się na wykorzystaniu właściwości tlenu – przewiduje dr Michał Pierański.
Jego badania zostaną sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki. Kilka dni temu otrzymał grant SONATINA o wartości prawie 1,25 mln zł. W ramach projektu odbędzie półroczny staż w szpitalu uniwersyteckim w Ulm (Niemcy) w zespole prof. Barbary Spellerberg, światowej ekspertki w dziedzinie biologii paciorkowców.
MK, źródło: NCN, PG