Pentru prima dată, cercetătorii au reușit să surprindă imagini de înaltă rezoluție care arată cum provoacă un antibiotic apariția unor breșe în sistemul de apărare al bacteriilor, permițând astfel agentului antimicrobian să pătrundă în celulă și să o distrugă.
Descoperirea, publicată în revista Nature Microbiology, ar putea duce la dezvoltarea unor noi tratamente împotriva infecțiilor bacteriene — un demers cu atât mai urgent cu cât infecțiile rezistente la medicamente continuă să provoace peste 1 milion de decese anual.
Acest studiu s-a concentrat asupra Polimixinei B, un antibiotic utilizat ca tratament de ultimă instanță pentru infecțiile cauzate de bacterii Gram-negative, precum E. coli.
Bacteriile Gram-negative au un strat exterior care funcționează ca o armură, împiedicând pătrunderea anumitor antibiotice în celulă. Se știa că polimixinele țintesc acest strat exterior, însă până acum nu era clar modul în care îl distrug și ucid bacteria.
Folosind microscopia cu forță atomică (AFM), cercetătorii de la University College London au urmărit și fotografiat în timp real cum Polimixina B provoacă rapid apariția de proeminențe și deformări pe suprafața unei celule bacteriene E. coli.
Aceste proeminențe, apărute în doar câteva minute, au fost urmate de pierderea rapidă a scutului exterior al bacteriei. Pe măsură ce celula încerca mai intens să-și refacă stratul protector, cu atât îl pierdea mai repede, într-un ritm care genera breșe în cadrul sistemului de apărare. În acel moment, Polimixina B pătrundea în celulă și o distrugea.
„A fost incredibil să vedem efectul antibioticului asupra suprafeței bacteriene în timp real. E ca și cum celula ar fi forțată să producă «cărămizi» pentru peretele său exterior într-un ritm atât de rapid, încât acesta se destabilizează, permițând infiltrarea antibioticului”, a declarat Carolina Borrelli, doctorand la London Centre for Nanotechnology din cadrul UCL.
Totuși, Borrelli și echipa sa au descoperit ceva surprinzător — proeminențele apăreau doar atunci când celula era activă.
În cazul bacteriilor aflate în stare de repaus (inactive metabolic), țintele moleculare ale antibioticelor nu mai sunt active, ceea ce face tratamentul ineficient. Intrarea bacteriilor în stare de repaus metabolic le permite să supraviețuiască în condiții de stres, precum lipsa nutrienților. Ele pot rămâne în această stare ani de zile, reactivându-se doar atunci când condițiile devin favorabile.
„Timp de decenii s-a presupus că antibioticele care acționează asupra membranei bacteriene pot distruge agenții patogeni indiferent de starea lor — fie că se află în fază activă de replicare, fie că sunt în stare de repaus. Dar nu este așa”, a declarat Andrew Edwards, coautor principal de la Imperial College.
„Prin captarea acestor imagini extraordinare ale celulelor individuale, am reușit să demonstrăm că această clasă de antibiotice funcționează doar cu «ajutorul» bacteriei. Dacă celulele intră într-o stare asemănătoare hibernării, medicamentele nu mai au efect — ceea ce este cu adevărat surprinzător.”
Echipa de cercetare a testat și reacția celulelor de E. coli în prezența și absența zahărului — o sursă de hrană care reactivează celulele aflate în stare de repaus.
Când zahărul era prezent, antibioticul a reușit să distrugă celulele inactive, însă doar după un interval de aproximativ 15 minute — timpul necesar pentru ca bacteria să consume zahărul și să reia producția stratului exterior de protecție.
În prezența unui antibiotic eficient, cercetătorii au observat o creștere a eliberării de structuri protectoare din partea bacteriei, precum și apariția unor deformări la nivelul membranei celulare. Atunci când antibioticul era ineficient, acesta se atașa de membrana externă bacteriană, fără a produce afectări semnificative.
„Acum înțelegem mai bine punctele slabe ale bacteriilor,” a declarat Boyan Bonev, coautor al studiului, de la Universitatea din Nottingham.
Potrivit cercetătorilor, următoarea provocare constă în valorificarea acestor descoperiri pentru a spori eficiența antibioticelor
„În mod neașteptat, o strategie ar putea fi combinarea tratamentului cu polimixină cu terapii care stimulează producția de structuri protectoare bacteriene sau care reactivează bacteriile aflate în stare de repaus, astfel încât și aceste celule să poată fi eliminate,” a explicat Bart Hoogenboom, coautor principal de la London Centre for Nanotechnology, UCL.
Sursa informațiilor și a fotografiei: www.laboratoryequipment.com
