RAPORT:

KORONAWIRUS: MAPY, STATYSTYKI, PORADY

Kiedy pasożyty stają się bronią

Dla bakterii pasożytami są fagi, czyli wirusy, które są w stanie je atakować i zabijać (fot. Shutterstock/Kateryna Kon)
Dla bakterii pasożytami są fagi, czyli wirusy, które są w stanie je atakować i zabijać (fot. Shutterstock/Kateryna Kon)

„Każdy ma jakiegoś szczura, którego się boi” brzmiało najpoważniejsze dla mnie zdanie z „Roku 1984” Orwella. Dla bakterii takim szczurem są fagi, czyli wirusy, które są w stanie je atakować i zabijać. Stąd pomysł, by stosować fagi jako „leki ostatniej szansy” przeciw superbakteriom opornym na wszelkie antybiotyki, panoszącym się w naszych szpitalach. Choć czasem fagi potrafią także zainfekować bakterię i sobie w niej trwać, sprawiając, że będzie odporna na atak kolejnych podobnych fagów. To może z nich robić superbakterie.

Jak się łapie ewolucję samożywności na gorącym uczynku

Tego uczą nas w szkole nie od dziś: rośliny są samożywne. To znaczy potrafią asymilować dwutlenek węgla z atmosfery, ciągiem dość tajemniczych...

zobacz więcej

O podstawach relacji bakterii z ich pasożytami – czyli właśnie wirusami zwanymi fagami, można napisać całe tomy, a ja opowiedziałam szeroko o tym zagadnieniu już wcześniej - w tym artykule . Także zeszłoroczna Nagroda Nobla z chemii była przyznana za metodę molekularnej walki bakterii z ich wirusami, co było przyczynkiem dla wielu popularno-naukowych artykułów. Nie podejmowałabym zatem tematu ponownie, gdyby nie najnowsze badania mikrobiologów z University of Pittsburgh School of Medicine, sprawozdane niedawno na łamach „Science advances”.

Dzięki eksperymentom i obserwacjom grupy genetyków bakterii pod wodzą profesora Vaughna Coopera, okazało się, że infekcja bakterii przez fagi jest podstawowym cynglem uruchamiającym szybką ewolucję mikrobów zakończoną sukcesem. Tu warto jednak najpierw wyjaśnić kilka podstaw. Ewolucja w świecie mikro (podobnie jak w makro) polega na tym, że najpierw w materiale genetycznym organizmu (np. komórki bakterii) następuje zmiana, a potem ta zmiana może mieć znaczenie dla przeżycia i rozmnażania się tej komórki. A zatem będzie ulegać selekcji pozytywnej lub negatywnej.

Selekcja pozytywna oznacza, że komórka taka osiągnęła sukces i jest na drodze do dalszych sukcesów. Ma liczniejsze i płodniejsze potomstwo od swych niezmienionych sióstr. Do tej pory w mikrobiologii powszechny był pogląd, że sam początek tego wyścigu o ewolucyjne pierwszeństwo jest w populacji bakterii kwestią absolutnego przypadku – pojedynczych mutacji, zmian w „przepisie na życie” literka po literce. Bakteryjne szczepy-zwycięzcy okazują się jednak nie iść na szczyt tą powolną i sukcesywną drogą pojedynczych mutacji. Dostają bowiem już na starcie „zastrzyk fitnessu” pod postacią faga.

Zobacz także: Naprawić zepsuty gen i ocalić życie

Pod osiemdziesiątkę, a pamięć ma jak dwudziestolatek!

Starość nie radość, młodość nie wieczność – powiada przysłowie. I tak na ogół jest, ale co to byłby za świat bez wyjątków. Pierwszy w kolejce po...

zobacz więcej

Porównanie do zastrzyku nie jest wcale takie dalekie od prawdy, gdyż wiele bakteriofagów ma postać DNA zamkniętego w białkowej kapsułce zakończonej nano-aparacikiem do zaczepienia się na powierzchni komórki bakteryjnej i wstrzyknięcia do niej wirusowego DNA. Potem fag, jak każdy wirus, pasożytuje w komórce bakteryjnej, która stała się jego gospodarzem. Wykorzystuje jej metabolizm, aby budować swoje potomne cząsteczki. Zwłaszcza, jeśli komórka jest w kiepskim środowisku lub kiepskim stanie. Gdy „jest dobrze”, fag może podjąć inną decyzję – wbudować się do materiału genetycznego bakterii i rozmnażać się tylko wraz z nią, siedząc sobie w cieple i bezpieczeństwie.

To jest jednak sytuacja, która uruchamia w chromosomie bakterii różne mechanizmy – można opowiedzieć, że jej genom zostaje masowo wyprowadzony z równowagi. A nic tak nie przyspiesza ewolucji, jak pewna dająca się kontrolować nierównowaga. „W istocie pasożyt bakterii staje się jej bronią” – zauważa prof. Cooper. I nie chodzi mu wyłącznie o to, że w sekwencji fagowego DNA mogą się znajdować geny oporności na antybiotyki. Które to zostaną wprost wbudowane do materiału genetycznego bakterii, dając jej przewagę wobec niezakażonych krewnych w sytuacji, gdyby ten antybiotyk pojawił się w ich środowisku i zaczął zabijać wrażliwe bakterie.

Wielką prawdą jest maksyma, że „co cię nie zabije, to cię wzmocni”, zwłaszcza w świecie mikroorganizmów. Infekcja fagowa jest obliczona na zabicie bakterii. Padają jak muchy, ale te, które przeżyją i zatrzymają DNA faga w swoim genomie, dostają wielkiego molekularnego „kopa do przodu”. Co na bakteriach prosto się bada, gdyż rosną szybko, a ich zmiany genetyczne łatwo śledzić na poziomie DNA i to w zasadzie dziś już dla pojedynczych komórek. Istnieją bowiem zbudowane do tego specjalne aparaty obserwujące wzrost, zachowanie (np. świecenie) pojedynczej bakterii w specjalnej mikrokapilarze.

Zobacz także: Cybermedycyna wobec „wielkiej choroby”

Bakterie „zjedzą” plastik, ale czas się z nim rozstać

Na początek 2020, kiedy nikt z nas jeszcze nie myślał o nadchodzącej pandemii, pytałam na tych łamach: czy nasza cywilizacja upadnie przez plastic,...

zobacz więcej

W czasie kilku dni zatem da się zauważyć, że bakteria uodporniła się na antybiotyk. Co zresztą ma miejsce także w pojedynczym pacjencie, gdzie jakaś chorobotwórcza superbakteria pustoszy organizm ludzki – i stąd sam proces owej ewolucji jest tak intrygujący dla uczonych. Ma bowiem znaczenie tak dla diagnostyki mikrobiologicznej, jak i terapii przeciwbakteryjnej w szpitalach, na pierwszej linii. Bawią się zatem mikrobiolodzy w detektywów próbujących ustalić, jakie były dzieje bakterii, gdy stawała się superbakterią.

Naukowcy badali ewolucję bakterii w modelu zakażenia skóry u świni – bardzo dobrze przybliżającym, co się dzieje w szpitalnych zakażeniach przyrannych u ludzi. Okazało się, że fagi skaczą w takiej zakażonej ranie od jednego bakteryjnego gospodarza do drugiego niczym pchły. Większość obecnych tam klonów bakteryjnych (potomków pojedynczej komórki bakteryjnej) miała więcej niż jednego faga wbudowanego w genom – niektóre w kilka dni dorobiły się 3-4 pasożytów.

Problem polega na tym, że od co najmniej dekady patrzymy na wirusy bakteryjne, jako źródło nadziei w świecie coraz bardziej narażonym na głęboki kryzys antybiotykoterapii. Fagi miałyby w tej koncepcji służyć do zabijania superbakterii wrażliwych na ich działanie, i takie terapie – eksperymentalnie prowadzone także w Polsce, m.in. w Instytucie im. Hirszfelda we Wrocławiu – kończą się często sukcesem. Problem w tym, że jak widać, relację faga i jego bakteryjnego gospodarza, trzeba będzie dziś bardzo precyzyjnie poznać także w aspekcie powstawania superbakterii, a nie tylko ich „zabijania na śmierć”.

Pobierz aplikację mobilną i oglądaj TVP INFO na żywo Twoje INFO - kontakt z TVP INFO

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej