Νέες εικόνες αποκαλύπτουν αντιβιοτικά να εξοντώνουν βακτήρια σε πραγματικό χρόνο
Τα αντιβιοτικά που ονομάζονται πολυμυξίνες αναγκάζουν τα βακτήρια να παράγουν και να αποβάλλουν την εξωτερική τους “πανοπλία”, αφήνοντας χώρο για το αντιβιοτικό να διεισδύσει και να σκοτώσει το βακτηριακό κύτταρο.
Οι επιστήμονες δημοσίευσαν νέες εικόνες που δείχνουν, με απίστευτη λεπτομέρεια, πώς τα αντιβιοτικά νικούν τα βακτήρια που προκαλούν ασθένειες, διατρυπώντας τις μεμβράνες των μικροβίων και διεισδύοντας στα ενδότερά τους.
Τα αντιβιοτικά, που ονομάζονται πολυμυξίνες, παρατηρήθηκαν να αναγκάζουν τις θωρακισμένες μεμβράνες γύρω από τα βακτήρια Escherichia coli να αναπτύσσουν προεξοχές και μπαλώματα. Στη συνέχεια, τα βακτήρια αποβάλλουν τις εξωτερικές τους μεμβράνες, αφήνοντας χώρο για το αντιβιοτικό να εισέλθει στα κύτταρα.
«Ήταν απίστευτο να βλέπεις το αποτέλεσμα του αντιβιοτικού στην επιφάνεια του βακτηρίου σε πραγματικό χρόνο», δήλωσε η Καρολίνα Μπορέλι , συνεργάτης της μελέτης και υποψήφια διδάκτορας στη βιοφυσική και τη μικροβιολογία στο University College London (UCL).
Τα γραμματικά αρνητικά βακτήρια είναι μια ευρεία κατηγορία μικροοργανισμών που έχουν δύο μεμβράνες γύρω από κάθε κύτταρο. Οι δύο αυτές μεμβράνες περιβάλλουν έναν κυτταρικό τοίχο. Το E. coli , η Σαλμονέλα και η Σιγκελλά — ένας τύπος βακτηρίου που προκαλεί δυσεντερία — είναι όλα παραδείγματα γραμματικά αρνητικών βακτηρίων.
Οι πολυμυξίνες μπορούν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση λοιμώξεων που προκαλούνται από γραμματικά αρνητικά βακτήρια που έχουν αποκτήσει αντοχή σε άλλα αντιβιοτικά. Δρουν στοχεύοντας την εξωτερική από τις δύο μεμβράνες του βακτηρίου, που λειτουργεί ως είδους πανοπλία που κρατά τα αντιβιοτικά εκτός. Αλλά πώς ακριβώς τα αντιβιοτικά ξεφεύγουν από αυτή την πανοπλία δεν είναι καλά κατανοητό.
«Οι πολυμυξίνες είναι μια σημαντική γραμμή άμυνας κατά των γραμματικά αρνητικών βακτηρίων, που προκαλούν πολλές θανατηφόρες λοιμώξεις ανθεκτικές στα φάρμακα», δήλωσε ο Μπαρτ Χούγκενμποομ, συνεργάτης της μελέτης και βιοφυσικός στο UCL. «Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν».
Στη νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 29 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature Microbiology, η ομάδα ερευνητών απαθανάτισε εικόνες του αντιβιοτικού σε δράση. Χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται ατομική μικροσκοπία, οι επιστήμονες πέρασαν μια μικρή βελόνα μπρος-πίσω πάνω από τα βακτήρια για να χαρτογραφήσουν τα σχήματά τους. Αυτό τους επέτρεψε να δουν πώς τα βακτήρια άλλαξαν καθώς η πολυμυξίνη επιτίθετο.
Οι πολυμυξίνες ανάγκασαν το E. coli να αναπτύξει γρήγορα μικρές προεξοχές και μπαλώματα στην εξωτερική του μεμβράνη. Καθώς αυτές οι προεξοχές μεγάλωναν, τα βακτήρια αποβάλλουν την άμυνά τους, αφήνοντας κενά στην εξωτερική μεμβράνη μέσω των οποίων μπορούσαν να εισέλθουν τα αντιβιοτικά και να σκοτώσουν το κύτταρο.
«Οι εικόνες μας δείχνουν άμεσα πόσο πολύ οι πολυμυξίνες μπορούν να διαταράξουν την βακτηριακή πανοπλία», είπε η Μπορέλι. «Είναι σαν το κύτταρο να αναγκάζεται να παράγει “τούβλα” για τον εξωτερικό του τοίχο με τέτοιο ρυθμό που αυτός ο τοίχος διαταράσσεται, επιτρέποντας στο αντιβιοτικό να διεισδύσει».
Σημαντικό είναι ότι οι πολυμυξίνες μπορούν να στοχεύσουν μόνο βακτήρια που είναι ενεργά και αναπτυσσόμενα, όχι αυτά που έχουν εισέλθει σε κατάσταση ύπνου. Τα βακτήρια μερικές φορές εισέρχονται σε κατάσταση ύπνου για να αντιμετωπίσουν δύσκολες συνθήκες, επιβιώνοντας χρόνια χωρίς φαγητό, ανάπτυξη ή αναπαραγωγή, μόνο για να ξυπνήσουν όταν οι συνθήκες είναι πιο ευνοϊκές. Ενώ είναι σε κατάσταση ύπνου, τα βακτήρια δεν μπορούν να αναπτύξουν την εξωτερική τους πανοπλία, οπότε το αντιβιοτικό δεν μπορεί να ενισχύσει την παραγωγή όπως θα μπορούσε σε βακτήρια που αναπτύσσονται ενεργά.
«Η επόμενη πρόκλησή μας είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα ευρήματα για να κάνουμε τα αντιβιοτικά πιο αποτελεσματικά», είπε ο Χούγκενμποομ. «Μια στρατηγική θα μπορούσε να είναι να συνδυάσουμε τη θεραπεία με πολυμυξίνες — αντίθετα από αυτά που περιμέναμε — με θεραπείες που προάγουν την παραγωγή πανοπλίας και/ή ξυπνούν τα “κοιμισμένα” βακτήρια ώστε αυτά τα κύτταρα να μπορέσουν επίσης να εξοντωθούν».