Tiskane izdaje
Docent dr. Matej Butala s Katedre za biokemijo na Biotehniški fakulteti UL pojasnjuje pomen mednarodne raziskave, ki jo je vodila raziskovalka dr. Nadine Fornelos s Finske. Sodelujoči slovenski raziskovalci – med njimi tudi dr. Butala – so opravili analize v laboratoriju ljubljanske biotehniške fakultete in tako dodali njenemu odkritju globlji pomen.
Trije nasveti o antibiotikih
Ker je za razumevanje pomena raziskave pomemben širši kontekst, sogovornik povzema nekatera dejstva o antibiotikih: »Od prelomne uporabe penicilina v zdravstvu na začetku 40. let 20. stoletja so antibiotiki revolucionizirali zdravljenje bakterijskih infekcij. Žal v zadnjih letih bakterije vračajo udarec, saj so vse odpornejše proti antibiotikom, uporabljenim v zdravstvu in veterini. Razvoj odpornosti proti antibiotikom je naravni fenomen, nekatera človekova dejanja pa njen nastanek in širjenje pospešijo.«
Dr. Butala poudarja tri praktične nasvete, ki jih je vredno upoštevati, ker pomagajo v boju proti odpornosti bakterij na antibiotike. Prvič: antibiotike uporabimo le, kadar nam jih predpiše zdravnik. Drugič: zaključimo celotno kuro jemanja antibiotikov glede na zdravniški recept. In tretjič: nam predpisanih antibiotikov ne delimo z drugimi in ne uporabimo ostankov antibiotikov od prejšnjega zdravljenja. Tudi čezmerna uporaba antibiotikov v veterini, in sicer za zdravljenje in hitrejšo rast živali, je vplivala na manjši učinek antibiotikov pri zdravljenju ljudi. Evropska unija je zato leta 2006 omejila uporabo antibiotikov v veterini.
Bakterija lahko spremeni
Dr. Butala pojasnjuje, da je »na začetku in ob koncu jemanja antibiotikov koncentracija učinkovine nizka in ne ubije za nas škodljivih bakterij. Na tej stopnji zdravljenja lahko nekateri predpisani antibiotiki poškodujejo DNK bakterij. Ker je to zanje stres, sprožijo odziv SOS, da bi zaščitile integriteto svoje DNK, pri tem pa lahko mutirajo ali pridobijo zapis za odpornost proti antibiotikom od drugih bakterij. Porajanje odpornosti proti antibiotikom torej ni naključen proces, ampak je mehanizem, s katerim se bakterije aktivno prilagodijo na stres.«
Ko bakterije, ki so povzročiteljice infekcij, razvijejo odpornost proti antibiotikom, zdravilo nima več učinka in ni uporabno, zato raziskovalci že dolgo poskušajo najti molekulo, ki bi med jemanjem antibiotikov preprečila opisani odziv SOS. Blokirala naj bi enega od mehanizmov prilagoditve bakterij na antibiotike. Takšno učinkovino bi dozirali hkrati z antibiotiki.
Signali za zaznavo stresa
Odziv bakterij na poškodbe DNK, mehanizem odziva SOS, dr. Butala že več kot deset let proučuje v sodelovanju s skupino prof. Darje Žgur-Bertok na Biotehniški fakulteti. Eden od ciljev je odkriti molekulo, ki bi zavrla delovanje ključnih igralcev odziva SOS, proteina RecA ali/in LexA.
»Protein RecA se veže na mesta poškodovane DNK v bakteriji in deluje kot signal za zaznavo stresa ter sproži razgradnjo proteina LexA, ki sicer utiša številne gene v bakteriji. Sledi popravljanje poškodovane DNK, kar pa v odzivu SOS lahko vodi tudi do mutageneze in prenosa genov z determinantami odpornosti proti antibiotikom med bakterijami. Tako se bakterije lahko prilagodijo na stres v okolju, torej tudi na antibiotike,« razloži dr. Butala.
Večina znanstvenih raziskav se je osredotočila na sintezo učinkovine, ki bi onemogočila delovanje proteina RecA. Toda problem je, da je proteinu RecA homologen protein Rad51 v človeku, zato bi učinkovina proti RecA najverjetneje vplivala tudi na nas.
»Glede na naša nedavna dognanja smo v proteinu LexA prepoznali potencial nove tarče za delovanje protimikrobnih učinkovin. Da bi preprečili mutacijo in prilagoditev bakterije na izzvani stres, je pomembno med zdravljenjem obdržati represor LexA v bakterijah nepoškodovan. Nihče še ni odkril molekule, ki bi se vezala na LexA in utišala sistem SOS, tako da bi antibiotiki potem bolje 'prijeli'«.
Omrtvičiti odziv SOS
Raziskovalec z Biotehniške fakultete povzema, na kaj so se osredotočili znanstveniki pri delu. »Radi bi sintetizirali učinkovino proti LexA, ki bi med jemanjem antibiotikov omrtvičila mehanizem SOS oziroma zaznavo antibiotikov, zaradi česar se bakterije med jemanjem te učinkovine ne bi znale prilagoditi na ta stres. Fantastično bi bilo v kombinaciji s tako široko spektralno učinkovino uporabiti protimikrobno sredstvo, ki bi sinergistično zavrlo rast le določene bakterije, in sicer samo tiste, ki povzroča bolezen.«
V nadaljevanju dr. Butala pojasni, da bi to pomenilo tako podaljšanje uporabnosti kot povečanje učinkovitosti sedanjih antibiotikov. Poleg tega je veliko protimikrobnih učinkovin, ki so bile zaradi hitre prilagoditve bakterij nanje zavržene že v času predkliničnih raziskav. Če torej odkrijejo učinkovino, ki bo omrtvičila odziv SOS, bo morda oživila tudi uporabnost antibiotikov, ki so bili testirani, a zavrženi.
Bakteriofagni gp7
Delovanje proteina gp7 so ljubljanski raziskovalci proučili z dodatnimi biokemijskimi analizami ter z refraktometrom, ki meri afiniteto interakcij med molekulami na osnovi površinske plazmonske resonance. To so izvedli v Infrastrukturnem centru za raziskave molekulskih interakcij, ki ga vodi prof. Gregor Anderluh.
»Dokazali smo, da se bakteriofagni gp7 z visoko afiniteto veže s proteinom LexA bakterije Bacillus thuringiensis, stabilizira protein LexA na DNK in oslabi interakcijo LexA-RecA ter tako prepreči sprožitev odziva SOS v bakteriji. Bakteriofag je torej razvil protein, ki prevzame delovanje bakterijskega proteina LexA z namenom, da si prilagodi odziv bakterije glede na svoje potrebe. To lastnost bi radi izkoristili tudi mi in uporabili bakteriofagni protein, da bi preprečili adaptacijo bakterij na antibiotike,« pove dr. Matej Butala.
Cilj še ni dosežen
Kako zahtevno je odkriti tak protein, ponazori s primerjavo: »Najti v senu buciko je težko, odkriti bakteriofagni protein v senu pa je še veliko težje.« Toda analitični dokaz o vezavi proteinov še ni dovolj za dosego končnega cilja oziroma za izboljšanje učinkovitosti antibiotikov.
Z raziskavo, ki trenutno poteka, si slovenski in finski raziskovalci prizadevajo pridobiti strukturni vpogled v kompleks proteina LexA z molekulo gp7. Povezali so se s kanadsko raziskovalko, ki je pred 15 leti prva razvozlala strukturo proteina LexA.
Danes si znanstveniki še ne upajo napovedovati, koliko časa bo potrebovala farmacevtska industrija, da bo na podlagi številnih raziskav lahko izdelala učinkovine, ki bodo omrtvičile mehanizme, s katerimi se bakterije prilagajajo protimikrobnim sredstvom. Vsekakor si prizadevajo, da bi bili antibiotiki kmalu učinkovitejši in da bi se začelo zmanjšati število ljudi, ki umrejo zaradi patogenih mikroorganizmov, odpornih proti antibiotikom.
