A kutatók kimutatták, hogy egyes vírusok szándékosan növelik genetikai változatosságukat, hogy elkerüljék a baktériumok védekezését, ami segíthet új kezelések kidolgozásában, ha az antibiotikumok nem hatnak.
Azok a vírusok, amelyek szelektíven a baktériumokat támadják és pusztítják el, azaz a bakteriofágok, röviden fágok, csak a baktériumokat fertőzik meg, az emberi sejteket békén hagyják. Miután megtapadnak egy bakteriális sejten, genetikai állományukat bejuttatják a sejtbe, átveszik az irányítást a sejtgép felett, és arra kényszerítik, hogy új fágokat termeljen, egészen addig, amíg a baktérium szét nem pukkan.
HIRDETÉS
HIRDETÉS
A gond az, hogy a baktériumok a fágok ellen is ki tudnak fejleszteni védekezést, ahogyan az antibiotikumokkal szemben is ellenállóvá válnak.
Az új kutatás szerint a fágoknak megvan a maguk evolúciós ellenlépése.
A csütörtökön a Nature Microbiology folyóiratban megjelent tanulmány (forrás: angol) szerint a humán bélrendszerben élő egyes vírusok képesek nagyon gyorsan genetikai változatokat létrehozni utódaik között, így növelve annak esélyét, hogy közülük legalább néhány túlélje, amikor a baktériumok visszavágnak.
Ez a felfedezés új utat nyithat az antibiotikumok alternatíváinak keresésében, miközben a gyógyszerrezisztens fertőzéseket egyre nehezebb kezelni.
A Michigani Állami Egyetem kutatói olyan, eddig alulértékelt szakaszokat azonosítottak a bakteriofágok genomjában, amelyek genetikai „forrópontként” működnek, és lehetővé teszik a vírusok számára, hogy szaporodás közben újra és újra módosítsák kulcsfontosságú génjeiket.
Mindez arra utal, hogy ezek a régiók segítik a fágokat evolúciós „fogadásaik bebiztosításában”: ahelyett, hogy genetikailag azonos vírusokból álló populációt hoznának létre, különböző tulajdonságú utódok sokféle gyűjteményét termelik meg, így növelve annak esélyét, hogy közülük néhány továbbra is képes legyen megfertőzni és elpusztítani bakteriális gazdáit.
„Ez megváltoztatja, ahogyan a fágok evolúcióját értelmezzük” – mondta a közleményben (forrás: angol) Chris Waters, a Michigani Állami Egyetem Ökológia, evolúció és viselkedés programjának oktatója. „Ahelyett, hogy egyszerűen eltérítenék gazdasejtjeiket, hogy azok tömegesen pontos másolataikat gyártsák, valójában ezeket a mutációs forrópontokat használják fel arra, hogy egyfajta állatkertet hozzanak létre” – tette hozzá, megjegyezve, hogy a fágok „lényegében bebiztosítják a fogadásaikat”.
Genetikai menekülőút
A kutatók a T2 bakteriofágot vizsgálták, amely az E. colit fertőzi, miután egy olyan bakteriális védekező rendszert elemeztek, amely képes felismerni és elpusztítani a betörő fág-DNS-t.
A csapat laboratóriumi körülmények között az E. coliba ültette át ezt a védekező rendszert, majd fágoknak tette ki a baktériumokat.
A védelem azonban nem bizonyult tartósnak.
Néhány órán belül a fágok elkezdték áttörni a bakteriális védekezést.
„Néhány órán belül a fágok mindig elkezdtek felülkerekedni” – mondta Waters. „Nem értettük, miért” – tette hozzá.
Amikor a kutatók szekvenálták az ellenálló vírusokat, ismétlődő mutációkat találtak egy agt nevű génben, különösen egy ismétlődő DNS-szakaszban. „Amikor megláttam az adatokat, azt gondoltam: »Úristen«” – mondta Waters.
Kiderült, hogy ez a szakasz az, amit a tudósok kontingencialókusznak neveznek: egy rendkívül változékony régió, ahol a DNS-másoló apparátus „megcsúszhat”, amikor ismétlődő szekvenciákat másol.
Ennek eredménye egy visszafordítható kereteltolódásos mutáció, amely megváltoztatja, hogyan olvassák a gén utasításait.
Egyes fágokban megjelenik egy plusz ismétlődés, másokból egy hiányzik. Így olyan populáció jön létre, amelyben a vírus különböző változatai vannak jelen, és ezek eltérő képességekkel rendelkezhetnek a bakteriális védelem kijátszására.
A kutatók azt találták, hogy ezekben az ismétlődő régiókban ezerszer gyorsabban halmozódnak fel a mutációk, mint a fággenom többi részében.
Ráadásul ez a mechanizmus nem egyetlen vírusra korlátozódik.
Kísérletes evolúciós vizsgálatok és genomszekvenálás segítségével a kutatók hasonló kontingencialókuszokat azonosítottak az E. coli T4-es fágjában is. Azt is kimutatták, hogy az egyszerű szekvenciaismétlődések széles körben elterjedtek a különféle E. coli-fágokban, bár gyakoriságuk génfunkciótól függően változott.
Segíthet-e a szuperbaktériumok elleni küzdelemben?
A kutatás akkor született, amikor a tudósok és a döntéshozók az antibiotikumok alternatíváit keresik.
A fágterápia nem újkeletű: a 1920-as évektől kezdve alkalmaztak fágokat bakteriális fertőzések kezelésére, de az érdeklődés alábbhagyott, miután az olyan antibiotikumok, mint a penicillin, széles körben elérhetővé váltak.
Most azonban az antimikrobiális rezisztencia terjedése újra felkeltette az érdeklődést.
A módszer egyik fő vonzereje a célzottság: míg sok antibiotikum a kórokozóval együtt a jótékony baktériumokat is elpusztítja, az egyes fágok rendkívül szelektívek lehetnek bizonyos bakteriális fajokra vagy törzsekre.
Ez a fajta specifikusság azonban gyenge pont is: a baktériumok idővel egy adott fággal szemben is ellenállóvá válhatnak, ami hatástalanná teheti a kezelést.
A Michigani Állami Egyetem eredményei azt a lehetőséget vetik fel, hogy a tudósok idővel maguk is kihasználhatják a vírusok saját evolúciós stratégiáit, hogy ellenállóbbá tegyék a fágterápiákat.
„Ha sikerül hasznosítanunk ezeket az evolúciós trükköket, hatékonyabb fágterápiákat dolgozhatunk ki az antibiotikum-rezisztencia válságára válaszul” – mondta Waters.
„A rezisztenciát soha nem fogjuk tudni teljesen megszüntetni” – tette hozzá. „De ha jobban megértjük, hogyan védekeznek a baktériumok a fágfertőzés ellen, és a fágok hogyan vágnak vissza, talán sikerülhet a rezisztencia mértékét csökkenteni.”