Επιστήμονες έδωσαν στη δημοσιότητα νέες εικόνες που δείχνουν με απίστευτη λεπτομέρεια πώς τα αντιβιοτικά νικούν τα παθογόνα βακτήρια διαπερνώντας τις μεμβράνες τους και εισχωρώντας στο εσωτερικό τους.
Τα αντιβιοτικά που ονομάζονται πολυμυξίνες αναγκάζουν τα βακτήρια να παράγουν και να αποβάλλουν το εξωτερικό τους «πανοπλία», αφήνοντας χώρο για να διεισδύσει το αντιβιοτικό και να σκοτώσει το βακτηριακό κύτταρο. Οι πολυμυξίνες όπως παρατηρήθηκε, αναγκάζουν τις «θωρακισμένες» μεμβράνες γύρω από τα βακτηριακά κύτταρα της Escherichia coli να δημιουργούν εξογκώματα και φουσκώματα. Στη συνέχεια τα βακτήρια αποβάλλουν τις εξωτερικές τους μεμβράνες αφήνοντας κενά από τα οποία μπορεί να εισχωρήσει το αντιβιοτικό και να καταστρέψει το κύτταρο.
«Ήταν απίστευτο να βλέπεις την επίδραση του αντιβιοτικού στην επιφάνεια του βακτηρίου σε πραγματικό χρόνο» δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Καρολίνα Μπορέλι υποψήφια διδάκτωρ βιοφυσικής και μικροβιολογίας στο University College London. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια αποτελούν μια ευρεία κατηγορία μικροοργανισμών που διαθέτουν δύο μεμβράνες γύρω από κάθε κύτταρο· οι δύο αυτές μεμβράνες περικλείουν ένα κυτταρικό τοίχωμα. Η E. coli, η Salmonella και η Shigella — ένα είδος βακτηρίου που προκαλεί δυσεντερία — είναι όλα παραδείγματα Gram-αρνητικών βακτηρίων.
Οι πολυμυξίνες μπορούν να βοηθήσουν στη θεραπεία λοιμώξεων που προκαλούνται από Gram-αρνητικά βακτήρια τα οποία έχουν αναπτύξει αντοχή σε άλλα αντιβιοτικά· δρουν στοχεύοντας την εξωτερική από τις δύο μεμβράνες των βακτηρίων, η οποία λειτουργεί ως είδος «πανοπλίας» που κρατά τα αντιβιοτικά απ’ έξω. Ωστόσο το πώς ακριβώς τα αντιβιοτικά αυτά κατορθώνουν να ξεπεράσουν την πανοπλία αυτή δεν ήταν μέχρι τώρα πλήρως κατανοητό.
«Οι πολυμυξίνες αποτελούν μια σημαντική γραμμή άμυνας ενάντια στα Gram-αρνητικά βακτήρια, που προκαλούν πολλές θανατηφόρες, ανθεκτικές στα φάρμακα λοιμώξεις», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Μπαρτ Χούχενμποουμ, βιοφυσικός στο UCL. «Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς ακριβώς λειτουργούν».
Η τεχνική
Στη νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature Microbiology» η ερευνητική ομάδα κατάφερε να καταγράψει εικόνες του αντιβιοτικού εν δράσει. Χρησιμοποιώντας μια τεχνική γνωστή ως μικροσκοπία ατομικής δύναμης, οι επιστήμονες πέρασαν μια μικροσκοπική βελόνα πάνω από τα βακτήρια για να χαρτογραφήσουν το σχήμα τους. Έτσι μπόρεσαν να δουν πώς μεταβάλλονταν τα βακτήρια καθώς τα προσέβαλε η πολυμυξίνη.
Οι πολυμυξίνες ανάγκασαν την E. coli να δημιουργήσει γρήγορα μικρά εξογκώματα και προεξοχές στην εξωτερική της μεμβράνη, σύμφωνα με τα ευρήματα της ομάδας. Καθώς αυτά τα εξογκώματα αυξάνονταν, τα βακτήρια αποβαλλαν την πανοπλία τους, αφήνοντας κενά στην εξωτερική μεμβράνη, μέσα από τα οποία μπορούσε να εισχωρήσει το αντιβιοτικό και να σκοτώσει το κύτταρο.
«Οι εικόνες μας δείχνουν άμεσα πόσο πολύ μπορούν οι πολυμυξίνες να αποδυναμώσουν την πανοπλία των βακτηρίων. Είναι σαν το κύτταρο να αναγκάζεται να παράγει “τούβλα” για το εξωτερικό του τοίχωμα με τόσο γρήγορο ρυθμό, που το τοίχωμα τελικά διαλύεται, επιτρέποντας στο αντιβιοτικό να διεισδύσει» ανέφερε η Μπορέλι.
Σημαντικό είναι ότι οι πολυμυξίνες μπορούν να στοχεύουν μόνο βακτήρια που βρίσκονται σε ενεργή ανάπτυξη, όχι εκείνα που έχουν εισέλθει σε κατάσταση αδράνειας. Τα βακτήρια μερικές φορές εισέρχονται σε μια τέτοια κατάσταση για να επιβιώσουν σε δύσκολες συνθήκες — μπορούν να ζουν για χρόνια χωρίς να τρέφονται, να αναπτύσσονται ή να αναπαράγονται, και «ξυπνούν» ξανά όταν οι συνθήκες γίνουν ευνοϊκές. Όταν βρίσκονται σε αδράνεια, τα βακτήρια δεν αναπτύσσουν την εξωτερική τους πανοπλία, οπότε το αντιβιοτικό δεν μπορεί να δράσει αποτελεσματικά όπως σε ενεργά βακτήρια.
«Η επόμενη μας πρόκληση είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα ευρήματα για να κάνουμε τα αντιβιοτικά πιο αποτελεσματικά», είπε ο Χούχενμποουμ. «Μια πιθανή στρατηγική θα μπορούσε να είναι ο συνδυασμός θεραπείας με πολυμυξίνες — αντιφατικά ίσως — με θεραπείες που προάγουν την παραγωγή της “πανοπλίας” ή/και “ξυπνούν” τα “κοιμισμένα” βακτήρια, ώστε να μπορούν και αυτά να εξαλειφθούν».
