Εντυπωσιακές εικόνες δείχνουν αντιβιοτικό να εξοντώνει βακτήρια σε πραγματικό χρόνο

Μια σειρά εκπληκτικών εικόνων από μικροσκόπιο αποκαλύπτει για πρώτη φορά, με εντυπωσιακή λεπτομέρεια, τον τρόπο με τον οποίο ένα ισχυρό αντιβιοτικό επιτίθεται και καταστρέφει βακτήρια που προκαλούν ασθένειες. Οι επιστήμονες κατέγραψαν τη «μάχη» αυτή σε πραγματικό χρόνο, παρακολουθώντας το φάρμακο να διαπερνά τα προστατευτικά τοιχώματα των μικροοργανισμών και να τους εξουδετερώνει από μέσα.

Το φάρμακο, που ανήκει στην κατηγορία των πολυμυξινών, χρησιμοποιείται για τη θεραπεία λοιμώξεων από ανθεκτικά βακτήρια, όπως το Escherichia coli, η Salmonella και το Shigella — μικροοργανισμοί γνωστοί για την ικανότητά τους να επιβιώνουν ακόμη και απέναντι στα πιο ισχυρά αντιβιοτικά. Οι νέες εικόνες δίνουν στους επιστήμονες μια σπάνια ευκαιρία να παρατηρήσουν πώς ακριβώς αυτό το φάρμακο διαπερνά την «πανοπλία» των βακτηρίων και τα εξοντώνει.

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε από ερευνητές του University College London (UCL). Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια εξαιρετικά ακριβή τεχνική, γνωστή ως atomic force microscopy, η οποία επιτρέπει τη σάρωση επιφανειών με μια μικροσκοπική βελόνα ώστε να καταγραφούν αλλαγές στη δομή των κυττάρων σε επίπεδο νανομέτρου.

Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, κατάφεραν να καταγράψουν βήμα προς βήμα πώς το αντιβιοτικό επιδρά στα βακτήρια. Όπως εξηγεί η Carolina Borrelli, υποψήφια διδάκτορας βιοφυσικής και μικροβιολογίας στο UCL και συν-συγγραφέας της έρευνας, «ήταν απίστευτο να βλέπουμε σε πραγματικό χρόνο το πώς το αντιβιοτικό επιτίθεται στην επιφάνεια του βακτηρίου».

Οι εικόνες δείχνουν ότι όταν οι πολυμυξίνες έρχονται σε επαφή με το E. coli, αναγκάζουν την εξωτερική του μεμβράνη να σχηματίζει μικρούς όγκους και εξογκώματα. Αυτές οι παραμορφώσεις αυξάνονται μέχρι που η εξωτερική μεμβράνη –η «πανοπλία» του βακτηρίου– αποκολλάται και δημιουργούνται ρωγμές. Μέσα από αυτές τις ρωγμές, το αντιβιοτικό καταφέρνει να διεισδύσει στο κύτταρο και να το καταστρέψει.

Όπως εξηγεί ο Bart Hoogenboom, βιοφυσικός στο UCL και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, «οι πολυμυξίνες αποτελούν κρίσιμη γραμμή άμυνας απέναντι στα ανθεκτικά βακτήρια, τα οποία ευθύνονται για πολλές θανατηφόρες λοιμώξεις που δεν ανταποκρίνονται πλέον στα κοινά αντιβιοτικά». Η κατανόηση του ακριβούς μηχανισμού δράσης τους, προσθέτει, «είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπειών».

Τα εν λόγω βακτήρια είναι γνωστά για τη διπλή τους μεμβράνη, η οποία περιβάλλει το κύτταρο σαν θωράκιση, καθιστώντας δύσκολη τη διείσδυση των περισσότερων φαρμάκων. Οι πολυμυξίνες στοχεύουν ακριβώς αυτή την εξωτερική μεμβράνη, προκαλώντας αστάθεια και τελικά πλήρη διάσπασή της.

Η Borrelli παρομοίασε τη διαδικασία με έναν τοίχο που καταρρέει από υπερβολική πίεση:

Είναι σαν το κύτταρο να αναγκάζεται να παράγει “τούβλα” για το εξωτερικό του τοίχωμα με τόσο γρήγορο ρυθμό, που ο τοίχος καταρρέει, επιτρέποντας στο αντιβιοτικό να εισχωρήσει.

Ωστόσο, η έρευνα έδειξε και κάτι ακόμη πιο ενδιαφέρον: οι πολυμυξίνες επιδρούν μόνο σε βακτήρια που βρίσκονται σε ενεργή φάση ανάπτυξης. Τα βακτήρια που έχουν εισέλθει σε κατάσταση λήθαργου —μια άμυνα που τους επιτρέπει να επιβιώνουν σε δυσμενείς συνθήκες χωρίς να τρέφονται ή να πολλαπλασιάζονται— δεν επηρεάζονται, καθώς δεν ανανεώνουν τα τοιχώματά τους. Με άλλα λόγια, τα «κοιμισμένα» βακτήρια παραμένουν απρόσβλητα από το φάρμακο μέχρι να «ξυπνήσουν».

Αυτή η παρατήρηση ανοίγει νέους δρόμους για την καταπολέμηση της μικροβιακής ανθεκτικότητας. Όπως εξηγεί ο Hoogenboom, η επόμενη πρόκληση είναι να χρησιμοποιηθούν τα νέα αυτά ευρήματα για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των αντιβιοτικών.

Μία πιθανή στρατηγική θα μπορούσε να είναι ο συνδυασμός της θεραπείας με πολυμυξίνες με ουσίες που διεγείρουν την παραγωγή της μεμβράνης ή “ξυπνούν” τα βακτήρια από τον λήθαργό τους, ώστε να μπορέσουμε να τα εξοντώσουμε πλήρως.

Η έρευνα έρχεται σε μια κρίσιμη στιγμή, καθώς η παγκόσμια κοινότητα αντιμετωπίζει ολοένα και πιο ανθεκτικά στελέχη βακτηρίων. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η κατανόηση των μηχανισμών δράσης των πολυμυξινών θα συμβάλει στην ανάπτυξη νέων, πιο έξυπνων αντιβιοτικών.

[via]