Mokslo ir technologijų pasaulis

Antibiotikų žudomos bakterijos gana sparčiai įgyja mutacijų, kurios suteikia galimybių išvystyti atsparumą vaistams – šis procesas mokslininkams labai gerai pažįstamas. Bet visai neseniai mokslininkų grupė, kuriai atstovavo ir lietuvė Migla Miškinytė, aiškinosi, kokiu būdu bakterijos išmoksta apgauti ir gyvą apsaugos nuo infekcijų barjerą – imuninės sistemos ląsteles.

Gruodžio 12 d. atviros prieigos recenzuojamame leidinyje „PLOS Pathogens“ publikuotas mokslinis darbas, kurio vadovė yra Instituto Gulbenkian de Ciência in Oeiras (Portugalija) mokslininkė Isabel Gordo, o pirmąja šio straipsnio autore įrašyta M. Miškinytė.

Mokslininkai įprastinėms žmonių žarnyno bakterijoms Escherichia coli metė iššūkį – ant jų užsiundė pelių makrofagų (imuninės sistemos ląstelių, kurios svetimkūnius - pavyzdžiui, bakterijas – apgaubia ir suryja) ir stebėjo, kaip greitai bakterijoms išsivysto gebėjimas išvengti makrofagų. Vėliau tokios mutavusios bakterijos sugebėdavo išvengti makrofagų poveikio ir gyvų pelių organizmuose.

„Šis darbas apie E. coli sugebėjimą įgyti atsparumą makrofagams bei jų virulentiškumą yra svarbus. Jis aprašo, kaip susidūrimas su žinduolio gynybinėmis ląstelėmis gali paskatinti greitą bakterijos adaptaciją“, - sakė tyrimą atlikusiai grupei nepriklausantis Čikagos universiteto (JAV) mikrobiologijos profesorius Jamesas Shapiro.

Nors tyrimo autoriai E. coli virulentiškumą stebėjo tik mėnesį, kai kurios mutacijos buvo pastebimos jau po keturių dienų.

Bakterijos įgijo kelis skirtingus mechanizmus, padėjusius apsisaugoti nuo makrofagų – keli iš jų yra lipnios išorinės dangos, filamentų ir bioplėvelės suformavimas. Tokių apsauginių mechanizmų evoliucija buvo tyrinėjama ir anksčiau, tačiau ne tokiame evoliuciją stebinčiame eksperimente, kokį atliko I. Gordo ir kolegos. „Galėčiau pamanyti, kad į šį klausimą turėjo atsakyta jau prieš kokį šimtmetį, bet panašu, kad taip nebuvo. Stebėtina, kad iki šiol šio klausimo niekas nekėlė – jis atrodo toks akivaizdus“, - sakė Tuftso universiteto (JAV) Medicinos mokyklos profesorius emeritas Moselio Schaechteris.

Mokslininkai stebėjo šešių E. coli atmainų evoliuciją ir lygino, kaip jas veikia „evoliucinis veiksnys“. Kiekvieną parą, kas 24 valandas, bakterijų kiekis būdavo koreguojamas – viename mėginyje jų negalėjo būti daugiau nei maždaug 108. Jau po keturių dienų buvo galima išskirti dvi naujo tipo kolonijas: viena formavo mažesnes bakterijų grupes nei pradinė atmaina – ji pavadinta SCV (small colony variant), o kita formavo dideles gleivėtas grupes, jos pavadintos MUC (mucoid translucid colonies).

„Nuostabiausia buvo tai, kaip greitai šie variantai atsirado“, - sakė I. Gordo.

Tuo tarpu kontrolinės bakterijų grupės, kurios nebuvo veikiamos makrofagų, net ir po 30 dienų nesugebėjo išvystyti kokios nors kitokios morfologijos kolonijų. Mokslininkai nustatė, kad 30 dienų senumo CSV kolonijos buvo atsparesnės makrofagams nei pradinės atmainos. Tiesa, šis pranašumas buvo stebimas tik bakterijų ir makrofagų sąveikos ankstyvoje fazėje.

Tuo tarpu MUC kiekis stabiliai didėjo ir netrukus peraugo visas penkias iš šešių atmainų kolonijas. Todėl mokslininkai nusprendė, jog MUC kolonijos buvo atsparios makrofagams. Jų spėjimą patvirtino infekcijos eksperimentas – naująją atmainą paveikus makrofagais, mokslininkai imuninės sistemos ląstelėse rado kur kas mažiau MUC liekanų, lyginant su tos pačios atmainos nemutavusia versija.

Tuomet mokslininkai tikrino naujųjų bakterijų virulentiškumą: visų šešių evoliucionavusių bakterijų linijų mišinį ir įvairių eksperimente naudotų E. coli kombinacijų sušvirkštė pelėms. Kaip ir tikėtasi, peles MUC bakterijos galabijo kur kas efektyviau nei makrofagais neveiktos bakterijos ar kontrolinės bakterijų atmainos.

Norėdami išsiaiškinti, koks yra MUC atmainų virulentiškumo pagrindas, mokslininkai ištyrė visų šešių bakterijų linijų genomus ir nustatė, jog visoms joms būdinga tokia pati mutacija – transpozono įterpimas į geno, vadinamo yrfFA, promotoriaus regioną. Nors šis genas E. coli bakterijose nėra charakterizuotas, jo homologas Salmonella bakterijose yra svarbus išskiriant tam tikrą rūgštį – tai gali paaiškinti ir mutavusių E. coli kolonijų didesnį gleivėtumą.

Kadangi lietuvės ir kolegų atliktų eksperimentų metu taip ir neišaiškėjo mechanizmai, lemiantys didesnį mutavusių E. coli virulentiškumą, teks atlikti daugiau papildomų darbų, siekiant išsiaiškinti, kas vyksta tikros infekcijos žmogaus organizme metu. „Akivaizdu, kad šie eksperimentai yra labai supaprastinta tikros situacijos gyvame organizme forma. Tačiau tai yra svarbus žingsnis pirmyn siekiant pereiti prie realistiškesnės eksperimentinės aplinkos“, - sakė J. Shapiro.