Ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο δράσης των πολυμυξινών κατά των βακτηρίων

Μια ομάδα ερευνητών από το UCL (University College London) και το Imperial College London έχει αποκαλύψει για πρώτη φορά πώς οι σωτήριες αντιβιοτικές ουσίες γνωστές ως πολυμυξίνες διαπερνούν την προστατευτική επιφάνεια επιβλαβών βακτηρίων. Οι ανακαλύψεις αυτές, οι οποίες δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Microbiology, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες θεραπείες για βακτηριακές λοιμώξεις, κάτι που είναι ιδιαίτερα επείγον, δεδομένου ότι οι ανθεκτικές στα φάρμακα λοιμώξεις ήδη προκαλούν τον θάνατο περισσότερων από ένα εκατομμύριο ανθρώπους ετησίως.

Η σημασία των πολυμυξινών στη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων

Οι πολυμυξίνες ανακαλύφθηκαν πριν από περισσότερα από 80 χρόνια και χρησιμοποιούνται ως τελευταία λύση για τη θεραπεία λοιμώξεων που προκαλούνται από «Gram αρνητικά» βακτήρια. Αυτά τα βακτήρια διαθέτουν μια εξωτερική επιφάνεια που λειτουργεί ως πανοπλία και εμποδίζει ορισμένα αντιβιοτικά να διεισδύσουν στο κύτταρο. Οι πολυμυξίνες είναι γνωστό ότι στοχεύουν αυτή την εξωτερική επιφάνεια, αλλά ο τρόπος με τον οποίο διαταράσσουν την προστασία αυτή και στη συνέχεια σκοτώνουν τα βακτήρια παραμένει ασαφής.

Ανακαλύψεις μέσω υψηλής ανάλυσης

Στη νέα μελέτη, η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε μέσω εικόνων υψηλής ανάλυσης και βιοχημικών πειραμάτων πώς το αντιβιοτικό Πολυμυξίνη Β προκαλεί γρήγορα την εμφάνιση προεξοχών στην επιφάνεια ενός κυττάρου E. coli. Αυτές οι προεξοχές, οι οποίες εμφανίστηκαν μέσα σε λίγα λεπτά, ακολούθησαν την ταχεία απώλεια της εξωτερικής πανοπλίας του βακτηρίου. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το αντιβιοτικό είχε ενεργοποιήσει το κύτταρο να παράγει και να αποβάλει την πανοπλία του. Όσο περισσότερο το κύτταρο προσπαθούσε να δημιουργήσει νέα προστασία, τόσο περισσότερο έχανε την ήδη υπάρχουσα, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται κενά στις άμυνές του, επιτρέποντας στο αντιβιοτικό να εισέλθει στο κύτταρο και να το εξοντώσει.

Ωστόσο, η ομάδα διαπίστωσε ότι αυτή η διαδικασία – οι προεξοχές, η γρήγορη παραγωγή και η απώλεια της πανοπλίας, καθώς και ο θάνατος του κυττάρου – συνέβαιναν μόνο όταν το κύτταρο ήταν ενεργό. Σε αδρανή (υπναγωγία) βακτήρια, η παραγωγή πανοπλίας είναι απενεργοποιημένη, καθιστώντας το αντιβιοτικό αναποτελεσματικό.

Ο Δρ Άντριου Έντγουαρντς, συν-συγγραφέας της μελέτης από το Imperial, δήλωσε: «Για δεκαετίες υποθέταμε ότι τα αντιβιοτικά που στοχεύουν την πανοπλία των βακτηρίων μπορούν να σκοτώσουν τους μικροοργανισμούς σε οποιαδήποτε κατάσταση, είτε αυτοί αναπαράγονται ενεργά είτε είναι αδρανείς. Όμως αυτό δεν ισχύει. Μέσω της καταγραφής αυτών των απίστευτων εικόνων από μεμονωμένα κύτταρα, μπορέσαμε να δείξουμε ότι αυτή η κατηγορία αντιβιοτικών λειτουργεί μόνο με τη βοήθεια του βακτηρίου, και αν τα κύτταρα εισέλθουν σε κατάσταση «χειμερίας», τα φάρμακα δεν λειτουργούν πια – κάτι που είναι πολύ εκπληκτικό.»

Η αδράνεια επιτρέπει στα βακτήρια να επιβιώσουν σε δυσμενείς συνθήκες, όπως η έλλειψη τροφής. Μπορούν να παραμείνουν αδρανή για πολλά χρόνια και να «ξυπνήσουν» όταν οι συνθήκες γίνουν πιο ευνοϊκές. Αυτό μπορεί να επιτρέψει στα βακτήρια να επιβιώσουν απέναντι στα αντιβιοτικά και να επανεμφανιστούν για να προκαλέσουν επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις στο σώμα.

Ο καθηγητής Μπαρτ Χούγκενμπουμ, συν-συγγραφέας της μελέτης από το London Centre for Nanotechnology στο UCL, δήλωσε: «Οι πολυμυξίνες είναι μια σημαντική γραμμή άμυνας κατά των Gram-αρνητικών βακτηρίων, τα οποία προκαλούν πολλές θανατηφόρες ανθεκτικές λοιμώξεις. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν. Η επόμενη πρόκληση είναι να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα ευρήματα για να κάνουμε τα αντιβιοτικά πιο αποτελεσματικά. Μια στρατηγική θα μπορούσε να είναι η συνδυασμένη θεραπεία με πολυμυξίνες – αντιφατικά – με θεραπείες που προάγουν την παραγωγή πανοπλίας και/ή ξυπνούν τα «υπναγωγικά» βακτήρια ώστε αυτά τα κύτταρα να εξοντώνονται επίσης.