Bakterije creva razmenjuju DNK otpornu na lekove i formiraju infektivne biofilmove lakše nego što se očekivalo.
Ovo otkriće pokazuje zašto može biti tako teško uhvatiti se u koštac sa bakterijama otpornim na lekove, ali pruža mogući put za rešavanje problema. Super-polimerne strukture koje bakterije koriste za prenos gena takođe bi se mogle iskoristiti za preciznu isporuku lekova u budućoj medicini.
Bakterije creva formiraju ekstracelularne dodatke zvane F-pili da se međusobno povežu i prenesu pakete DNK, zvane geni, koji im omogućavaju da se odupru antibioticima. Smatralo se da će teški uslovi unutar ljudskih i životinjskih creva, uključujući turbulenciju, toplotu i kiseline, slomiti F-pili, što otežava prenos.
Međutim, novo istraživanje tima predvođenog istraživačima Imperijal koledža u Londonu pokazalo je da su F-pili zapravo jači u ovim uslovima, pomažući bakterijama da efikasnije prenose gene otpornosti i da se skupljaju u ‘biofilmove’ – zaštitne bakterijske konzorcijume – koji pomažu odbijaju od antibiotika.
Rezultati su objavljeni u Nature Communications.
Prvi autor Jonasz Patkovski, iz Odeljenja za prirodne nauke u Imperialu, rekao je: „Očekuje se da će broj smrtnih slučajeva od otpornosti na antimikrobne lekove biti jednak raku do 2050. godine, što znači da su nam hitno potrebne nove strategije za borbu protiv ovog trenda. Veliki deo širenja rezistencije je vođen bakterijama koje zamenjuju gene, tako da bi detaljno razumevanje ovog procesa moglo dovesti do novih načina da se on prekine.“
Različite klase bakterija koriste različite vrste pilija za prenos gena u procesu koji se zove konjugacija. Činilo se da je klasičan eksperiment pokazao da je ovaj proces krhak i da ga može prekinuti uznemirenost, ali ovo je ostavilo misteriju: zašto toliko bakterija koje žive u teškim uslovima poput creva koriste ove sisteme ako su tako krhke?
Tim je stoga krenuo da testira ovu pretpostavku. Protresanjem bakterije E. coli dok su koristili F-pili tokom konjugacije, otkrili su da agitacija zapravo povećava efikasnost prenosa gena između bakterija. Takođe su primetili da su se nakon prenosa gena konjugovane bakterije u potresanim uslovima lakše spajale i formirale biofilmove, koji štite unutrašnje bakterije od okolnih molekula antibiotika. Kredit: Imperial College London
Da bi utvrdili kako su F-pili u stanju da to urade, tim ih je podvrgao testu snage tako što su postavili bakteriju na binu, povezujući staklenu perlu pomoću ‘molekularne pincete’ na kraj jednog od svojih F-pili-a, i povlačenjem. F-pili se pokazao veoma elastičnim, sa svojstvima poput opruge koja ih sprečavaju da se lome.
Takođe su testirali sposobnost F-pilija da izdrži druga uobičajena stanja creva, podvrgavajući ih natrijum hidroksidu, urei i preterano visokim temperaturama od 100°C – sve što je F-pili preživeo.
Tim je zatim otišao korak dalje, posmatrajući F-pili na molekularnom nivou da vidi šta im daje ova neverovatna svojstva. One su prvenstveno sastavljene od ‘podjedinica’ F-pilina sa međusobno povezanim molekulima fosfolipida.
Modeliranjem F-pilija bez fosfolipida, tim je pokazao koliko su ovi molekuli važni za elastičnost i elastičnu snagu strukture. Ponavljanje eksperimenta povlačenja otkrilo je da se podjedinice brzo rastavljaju bez fosfolipida koji ih podržavaju, dokazujući njihovu novu ulogu ‘molekularnog lepka’ u dugim biopolimerima.
Vodeći istraživač dr Tijago Kosta, iz Odeljenja za prirodne nauke u Imperialu, rekao je: „Pravljenje F-pilija je veoma skupo za bakterije u smislu resursa i energije, tako da nije iznenađenje da su vredni truda. Pokazali smo kako F-pili ubrzavaju širenje otpornosti na antibiotike i formiranje biofilma u turbulentnim sredinama, ali sada je izazov pronaći načine za borbu protiv ovog veoma efikasnog procesa.“
Iako bi bilo korisno razbiti F-pili u patogenim bakterijama, njihova svojstva mogu biti od pomoći ako ih možemo konstruisati za upotrebu u, na primer, davanju lekova. Patkovski je objasnio: „Teško je pronaći cevasti dodatak sa tako jakim svojstvima. Bakterije ga koriste za prenos gena, ali ako bismo mogli da oponašamo ova svojstva, mogli bismo da koristimo slične strukture za precizno isporuku lekova tamo gde su potrebni u telu.“
