Μια νέα μέθοδος επιτρέπει στους ερευνητές να μάθουν περισσότερα για το πώς λειτουργούν τα υπάρχοντα αντιβιοτικά και ενδεχομένως να τα βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων.
Οι ερευνητές του MIT και του Πανεπιστημίου του Harvard έχουν επεξεργαστεί κύτταρα Ε. Coli που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μελετήσουν πώς τα βακτήρια σε μια περιοχή λοίμωξης ανταποκρίνονται στη θεραπεία με αντιβιοτικά, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για το πώς λειτουργούν τα υπάρχοντα αντιβιοτικά και ενδεχομένως να τα βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων.
Στη νέα μελέτη, η οποία εμφανίζεται στο τεύχος 31 Αυγούστου του Cell Host και του Microbe, οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία ότι ορισμένες υπάρχουσες υποθέσεις σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια αποκρίνονται στα αντιβιοτικά δεν είναι σωστά.
«Η μελέτη μας δείχνει ότι η χρήση μηχανικών οργανισμών μπορεί ναμας σας δώσει ένα παράθυρο σε περιοχές μόλυνσης και να διευρύνουμε την κατανόησή μας για τα αντιβιοτικά και τι πραγματικά κάνουν. Αυτό το έργο δείχνει ότι κάποιες από τις υποθέσεις μας μπορεί να είναι λάθος», λέει ο James Collins, καθηγητής Ιατρικής και Επιστήμης Termeer στο Ινστιτούτο Ιατρικής και Επιστήμης του MIT (IMES) και Τμήμα Βιολογικής Μηχανικής και συγγραφέας της μελέτης.
Κατασκευασμένα βακτήρια
Μεγάλο μέρος της έρευνας στο εργαστήριο του Collins επικεντρώνεται στην προσπάθεια κατανόησης του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν τα αντιβιοτικά, με την ελπίδα να σχεδιαστούν πιο αποτελεσματικά φάρμακα. Για τη νέα μελέτη, ο Collins ήθελε να εφαρμόσει συνθετική βιολογία – την κατασκευή νέων γενετικών κυκλωμάτων σε ζωντανά κύτταρα – για να σχεδιάσει βακτήρια που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη αντιβιοτικών και λοιμώξεων.
Οι περισσότερες μελέτες για το πώς δουλεύουν τα αντιβιοτικά με τα βακτηριακά κύτταρα που αναπτύσσονται σε ένα εργαστηριακό δίσκο. Ωστόσο, οι Collins και Certain υποψιάστηκαν ότι τα αποτελέσματα αυτών των φαρμάκων θα μπορούσαν να είναι διαφορετικά στα έμβια ζώα επειδή το περιβάλλον αυτό, συμπεριλαμβανομένων των διαθέσιμων θρεπτικών συστατικών και άλλων συνθηκών, είναι πολύ διαφορετικό από το εργαστηριακό δίσκο.
Οι ερευνητές παρέδωσαν τα βακτήρια σε ποντίκια μαζί με ένα μικρό ορθοπεδικό εμφύτευμα, για να μιμηθούν τις λοιμώξεις που συχνά συμβαίνουν στα σημεία των ιατρικών εμφυτευμάτων. Οι ποντικοί ακολούθως υποβλήθηκαν σε αγωγή με το αντιβιοτικό λεβοφλοξασίνη. Πριν και μετά τη θεραπεία, τα κύτταρα απομακρύνθηκαν και υποβλήθηκαν σε αγωγή με ATC, ένα μόριο που ενεργοποιεί τον διακόπτη εναλλαγής, αλλά μόνο σε κύτταρα που αναδιπλασιάζονται.
Οι επιστήμονες έχουν υποθέσει από προηγούμενες μελέτες ότι οι χρόνιες λοιμώξεις συνήθως αποτελούνται κατά κύριο λόγο από μη διαιρούμενα βακτηρίδια. Ωστόσο, σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι πριν από τη θεραπεία με αντιβιοτικά, τα μισά από τα βακτηρίδια εξακολουθούσαν να διαιρούνται ενεργά.
Διαπίστωσαν επίσης ότι η λεβοφλοξασίνη φαίνεται να είναι εξαιρετικά και ίσως ακόμη πιο αποτελεσματική έναντι των μη διαχωριστικών κυττάρων, σε αντίθεση με ότι έχει παρατηρηθεί σε κύτταρα που καλλιεργούνται σε ένα πιάτο. Οι ερευνητές σημείωσαν ότι το ποσοστό των αναδιπλασιαζόμενων κυττάρων αυξήθηκε μετά τη θεραπεία, υποδηλώνοντας ότι η λεβοφλοξασίνη δεν σκότωσε όλα τα αναδιπλασιαζόμενα κύτταρα.
Ένα άλλο εκπληκτικό εύρημα έρχεται σε αντίθεση με την υπόθεση των επιστημόνων ότι οι χρόνιες επίμονες λοιμώξεις που συνίστανται σε μη διαιρούμενα βακτηρίδια είναι εξαιρετικά ανεκτικές στα αντιβιοτικά: βρήκαν ότι οι λοιμώξεις παραμένουν ευαίσθητες στα αντιβιοτικά όταν χορηγούνται σε αρκετά μεγάλες δόσεις.
Περισσότερες πληροφορίες
Ο Collins αναφέρει ότι αυτή η μελέτη καταδεικνύει ότι υπάρχουν πολλά περισσότερα για τους επιστήμονες να μάθουν για το πώς λειτουργούν τα αντιβιοτικά και προτείνει ότι οι κατασκευασμένοι οργανισμοί θα μπορούσαν να είναι χρήσιμοι για την περαιτέρω διερεύνηση των αποτελεσμάτων τους.
«Αυτό πρόκειται να προκαλέσει τους ανθρώπους να επανεξετάσουν τι αντιβιοτικά κάνουν σε ένα site μόλυνσης», λέει ο Collins. «Πιστεύω ότι τελικά αυτά τα εργαλεία συνθετικής βιολογίας θα μπορούσαν επίσης να είναι πολύ χρήσιμα στην ανάπτυξη αντιβιοτικών, να δουν αν τα αντιβιοτικά φτάνουν στα παθογόνα που τους ενδιαφέρουν, πόσο αποτελεσματικά είναι αυτά και τι κάνουν πραγματικά στην περιοχή».
Προσθέτει ότι ο γενετικός διακόπτης μπορεί να μεταφερθεί εύκολα σε άλλους τύπους βακτηρίων και θα μπορούσε επίσης να σχεδιαστεί για να δοκιμάσει άλλα χαρακτηριστικά όπως το πώς τα βακτήρια αλληλεπιδρούν με τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος σε μια περιοχή μόλυνσης. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη βιοφίλμ – κολλώδη φύλλα βακτηριακών κυττάρων που μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να απομακρυνθούν – και άλλα παθογόνα όπως μύκητες.
*Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τον όμιλο Paul Glen Allen Frontiers, την Defense Threat Reduction Agency και το Wyss Institute.
Publication: Laura K. Certain, et al., “Using Engineered Bacteria to Characterize Infection Dynamics and Antibiotic Effects In Vivo,” Cell Host & Microbe, 2017; doi:/10.1016/j.chom.2017.08.001
Πηγή: Anne Trafton, MIT News και αναδημοσιευμένο στην ιστοσελίδα: https://scitechdaily.com
