Zamislite da vas jako boli grlo. Bolesni ste, boli vas grlo, a poseta lekaru potvrđuje da je bol posledica bakterijske infekcije. Dobijate recept za antibiotike, koji vam brzo rešavaju bol u grlu. Zadovoljni ste što je tretman uspeo—ali kako su bakterije doživele situaciju?
„Tretiranje antibiotikom uzrokuje oštećenje bakterija. Ovo oštećenje može imati oblik mnogo različitih stvari, ali često uključuje oštećenje genetskog materijala, DNK i aktivira SOS odgovor u bakteriji“, kaže Bergum iz Odeljenja. kliničke i molekularne medicine.
Proučavala je kako patogena bakterija Escherichia coli reaguje kada je izložena malim, nefatalnim količinama antibiotika Ciprofloksacin.
Ciprofloksacin je trenutno jedan od najčešće korišćenih antibiotika na svetu i deluje tako što napada DNK u bakterijskim ćelijama.
„Vezuje se za protein koji pomaže u održavanju pravilne strukture DNK, sečenjem i spajanjem lanaca DNK. Ovo je neophodno jer kopiranje i čitanje DNK stvara stres na molekulu DNK“, objašnjava Bergum.
Drugim rečima, protein održava lanac DNK u redu dok bakterijska ćelija nastavlja da funkcioniše. Kada se bakterija sprema da se podeli, ona obezbeđuje da se replikacija DNK odvija na bezbedan i uredan način. Međutim, kada se antibiotik veže za protein, ova funkcija je sprečena i stvari postaju prilično haotične.
„Tada dolazi do oštećenja DNK, uključujući formiranje pojedinačnih lanaca nekompletne DNK unutar ćelije“, kaže Bergum.
Kada se ovi pojedinačni pramenovi formiraju, to je kao da palite šibicu ispod detektora dima. Drugi proteini otkrivaju oštećene fragmente DNK i alarm se uključuje. To je dramatična situacija za bakterijske ćelije, što se može videti i golim okom.
„Sve je u rukama pumpi. Mnoge uobičajene aktivnosti u bakteriji, kao što je replikacija, su stavljene na čekanje. To se ogleda u promeni oblika bakterije. Obično bakterije E. coli imaju štapićasti oblik, ali kada su izložene ciprofloksacinu , oni postaju dugački filamenti. Bakterije daju prednost popravljanju oštećenja.“
Ako ne budu u stanju da besprekorno poprave štetu, preći će na sledeći korak.
„Ako su popravke neefikasne, poslednje rešenje je da se promeni DNK. Tada mutiraju. Ovaj odgovor pomaže bakterijama da se prilagode i postanu otporne na antibiotike“, kaže Bergum.
Obično će se dati kurs antibiotika u tako velikim dozama da je oštećenje DNK preveliko da bi se moglo popraviti. Međutim, na Odeljenju za kliničku i molekularnu medicinu na NTNU, istraživači su zainteresovani da saznaju šta se dešava kada bakterije zaista pobede u borbi protiv antibiotika kroz svoj SOS odgovor.
Poznavanje tačnog načina na koji se odvijaju procesi popravke i mutacije je važno da bi se suprotstavila otpornost na antimikrobne lekove. Bergum i njene kolege su stoga odlučile da pogledaju kako se „SOS geni“ aktiviraju i kako bakterije koriste proteine i male molekule da poprave štetu uzrokovanu antibiotikom.
Njihov rad je objavljen u časopisu Frontiers in Microbiologi.
„Kada se alarm oglasi, unutar ćelije se aktivira 60 različitih gena. Ranije se smatralo da se geni aktiviraju u različito vreme, što znači da se prvo aktiviraju geni koji se koriste za proizvodnju proteina potrebnih u početnoj fazi popravke, a zatim sledeći set gena se aktivira.“
Međutim, istraživači sa NTNU-a su otkrili da se svi geni aktiviraju u isto vreme. „Regulacija se ne odvija na nivou gena, već na nivou proteina, a ovo je novo saznanje“, kaže Bergum.
„Naši rezultati se razlikuju od onih dobijenih u drugim studijama. To može biti zato što smo uzgajali bakterije u bioreaktoru, gde imamo potpunu kontrolu nad uslovima rasta. To nam daje rezultate koje je lakše reprodukovati.“
Istraživači su koristili metode u kojima mogu meriti aktivaciju gena, proteine i male molekule.
„Ova studija je prva koja je posmatrala sva tri nivoa SOS odgovora u isto vreme. Takođe smo sprovodili česta merenja, od jednog minuta nakon što su bakterije bile izložene antibioticima do dva sata kasnije. Ovo daje dobro razumevanje vremenska linija“, kaže Bergum.
Tada biste mogli pomisliti da sprečavanje razvoja rezistencije ne bi trebalo da bude problem, jer zahteva samo dovoljno veliku dozu antibiotika. Međutim, prema Bergumu, to nije tako jednostavno.
„Kada se leči infekcija, neće sve bakterije biti izložene antibiotiku u istoj meri. To može biti posledica različitog unosa između različitih tkiva i činjenice da su neke bakterije prirodno otpornije. Stoga neke od bakterija mogu razviti otpor.“
Bakterije takođe mogu razviti otpornost u prirodi.
„U vodi i kanalizaciji ima dosta antibiotika, doduše u malim dozama. Zbog toga je važno smanjiti upotrebu antibiotika“, kaže Bergum.
Novi uvid u to kako funkcioniše SOS odgovor biće koristan u razvoju novih lekova.
„Svetu su potrebni novi antibiotici i više znanja o mehanizmima rezistencije. Učenjem više o tome kako funkcioniše SOS odgovor, mogu se razviti supstance koje napadaju ove mehanizme. Ove supstance, koje se nazivaju inhibitori, mogu se zatim davati zajedno sa antibioticima kao što je ciprofloksacin. da spreči razvoj otpora“, kaže Bergum.
