Είναι οι γιγάντιοι βακτηριοφάγοι η απάντηση στην μικροβιακή αντοχή;

Η αντοχή των μικροβίων στα αντιβιοτικά αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες απειλές για τον άνθρωπο. Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον περασμένο Ιανουάριο στην επιστημονική επιθεώρηση «The Lancet», αποκάλυψε ότι τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά μικρόβια, σκοτώνουν περίπου 3.500 ανθρώπους κάθε μέρα και η μικροβιακή αντοχή αποτελεί πλέον τη βασική αιτία θανάτου παγκοσμίως.

Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, οι βακτηριοφάγοι (ή φάγοι) ενδεχομένως να αποδειχθούν πολύ χρήσιμοι στον πόλεμο εναντίον των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων. Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Σαν Ντιέγκο (UCSD), μελέτησε τις βιολογικές δομές και διεργασίες ορισμένων γιγάντιων βακτηριοφάγων και συγκεκριμένα του 201phi2-1, ο οποίος μολύνει τα βακτήρια Pseudomonas chlororaphis.

Οι γιγάντιοι βακτηριοφάγοι ονομάστηκαν έτσι εξαιτίας του μεγάλου γονιδιώματός τους, μήκους άνω των 200.000 ζευγών βάσεων. Οι περισσότεροι φάγοι που μολύνουν τα βακτήρια Pseudomonas, έχουν γονιδιώματα μικρότερα από 100.000 ζεύγη βάσεων. Οι γιγάντιοι φάγοι διαθέτουν ένα οπλοστάσιο τεχνικών για την αντιμετώπιση των βακτηριακών αμυντικών μηχανισμών. Προηγούμενη έρευνα διαπίστωσε ότι η ανάπτυξη μιας ασπίδας γύρω από το γενετικό υλικό του είναι μία από αυτές τις τακτικές, καθιστώντας τον κύκλο ζωής αυτών των ιών μοναδικό.

«Τα βακτήρια κωδικοποιούν μυριάδες άμυνες που στοχεύουν τα γονιδιώματα των βακτηριοφάγων που μολύνουν, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων περιορισμού-τροποποίησης και CRISPR-Cas. Μια οικογένεια μεγάλων βακτηριοφάγων χρησιμοποιεί ένα τμήμα που μοιάζει με πυρήνα για να προστατεύει τα γονιδιώματα που αναπαράγει αποκλείοντας τους αμυντικούς παράγοντες του ξενιστή. Ωστόσο, η κύρια σύνθεση και η δομή αυτού του τμήματος, παραμένουν άγνωστες. Εδώ διαπιστώνουμε ότι το πυρηνικό κέλυφος των βακτηριοφάγων συναρμολογείται κυρίως από μία πρωτεΐνη, την οποία ονομάζουμε chimallin (ChmA)», έγραψαν οι ερευνητές σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».

Συνήθως, οι φάγοι εισάγουν το γενετικό τους υλικό στα βακτήρια, όπου αυτό επιπλέει ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα, καθώς ο ιός χρησιμοποιεί τπν μηχανισμό των βακτηρίων για να αναπαραχθεί. Όμως αυτοί οι γιγαντιαίοι φάγοι κατασκευάζουν ένα διαχωριστικό τμήμα γύρω από το DNA τους αμέσως μετά την είσοδό του στον ξενιστή του, όπως τα ανθρώπινα κύτταρα που έχουν έναν πυρήνα για να προστατεύουν το DNA μας. Αυτό, εμποδίζει το «ανοσοποιητικό σύστημα» των βακτηρίων και άλλα αμυντικά ένζυμα να πειράξουν το DNA του ιού.

(Villa Lab/UCSD)

Ο Τόμας Λάφλιν και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, χρησιμοποίησαν κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία και τομογραφία για να εξετάσουν αυτό το τμήμα μέχρι την ατομική κλίμακα. Κατασκεύσαν το προστατευτικό περίβλημα από έναν μόνο τύπο πρωτεΐνης, την οποία ονόμασαν chimallin. Με τη βοήθεια της υπολογιστικής μοντελοποίησης, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο πυρήνας του φάγου επιτρέπει επιλεκτικά στα μόρια να περνούν μέσα από μικροσκοπικούς πόρους – παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα ελέγχουν το περιβάλλον γύρω από το γενετικό μας υλικό, καθιστώντας αυτό ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα συγκλίνουσας εξέλιξης – όταν εντελώς άσχετοι οργανισμοί καταλήγουν σε μια παρόμοια λύση για να λύσουν το ίδιο βιολογικό πρόβλημα.

«Ο πυρηνικός πόρος στους ευκαρυώτες (κύτταρα που έχουν πλήρως σχηματισμένο πυρήνα) είναι μια γιγαντιαία, πολύπλοκη δομή που χρησιμοποιεί συγκεκριμένους τρόπους για να κρατάει τις περισσότερες πρωτεΐνες έξω και να εισάγει άλλες. Αυτό που πιθανότατα βλέπουμε στην περίπτωση του γιγαντιαίου φάγου, είναι μια απλούστερη μέθοδος επίλυσης του ίδιου προβλήματος», εξηγεί ο βιοχημικός Κέβιν Κόρμπετ.

«Πρόκειται για μια εκπληκτικά δημιουργική λύση – παρόμοια αλλά απλούστερη – για την προστασία του γονιδιώματός του από τον έξω κόσμο, χτίζοντας ένα τείχος που το διαχωρίζει από τις βακτηριακές άμυνες», προσθέτει.

Αυτό που είναι εντυπωσιακό, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι ότι αυτή η ασπίδα μπορεί και μεγαλώνει καθώς το γονιδίωμα του φάγου πολλαπλασιάζεται. Οι ερευνητές δεν είναι ακόμη απόλυτα σίγουροι για το πώς το καταφέρνουν αυτό οι φάγοι, αλλά υποψιάζονται ότι το τμήμα πιθανώς ανοίγει για να επιτρέψει σε περισσότερες μονάδες της συγκεκριμένης πρωτεΐνης να εισέλθουν.

«Τώρα που ξέρουμε ότι ορισμένοι φάγοι διαθέτουν μια ασπίδα, θα μπορούσαμε να τη δώσουμε σε άλλους φάγους και να φτιάξουμε ‘σούπερ βακτηριοφάγους’ που είναι καλύτεροι στη θεραπεία και στην αντιμετώπιση της μικροβιακής αντοχής», λέει ο κυτταροβιολόγος Τζο Πογκλιάνο.

«Το πρώτο βήμα σε αυτή τη διαδικασία είναι η κατανόηση της δομής της πρωτεΐνης chimallin που αποτελεί την ασπίδα, και αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους αυτή η εργασία είναι τόσο σημαντική», τονίζει ο ερευνητής.

Η θεραπεία με φάγους χρησιμοποιείται ήδη για την επιτυχή θεραπεία ασθενών με λοιμώξεις από υπερβακτήρια. Εξετάζεται επίσης για την αντιμετώπιση παθήσεων του εντέρου.

ΠΗΓΗ: Science Alert

www.ertnews.gr

Μπορεί επίσης να σας αρέσει...

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.