Η εκτεταμένη χρήση των αντιβιοτικών στην υγειονομική περίθαλψη έχει οδηγήσει σε αύξηση των παθογόνων βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών που είναι ανθεκτικοί στα αντιβιοτικά. Το έτος 2021, περίπου 1,2 εκατομμύρια θάνατοι παγκοσμίως αποδόθηκαν στην αντιμικροβιακή αντίσταση στα υπάρχοντα αντιβιοτικά. Οι έρευνες στα ινδικά νοσοκομεία δείχνουν ότι οι λοιμώξεις με ανθεκτικά στα φάρμακα βακτήρια έχουν ποσοστό θνησιμότητας 13%. Ως εκ τούτου, η αναζήτηση νέων αντιβιοτικών είναι ένας χώρος έρευνας υψηλής προτεραιότητας.
Τα αντιβιοτικά σημαίνει κυριολεκτικά ενάντια στη ζωή. Αλλά τα αντιβιοτικά χρησιμοποιούνται ειδικά για τη θανάτωση βακτηρίων και άλλων μικροοργανισμών ή για την αναστολή της ανάπτυξής τους, χωρίς να βλάψουν τα ανθρώπινα κύτταρα.
Μοναδικά κυτταρικά τοιχώματα
Ένα διακριτικό χαρακτηριστικό των βακτηριακών κυττάρων είναι η παρουσία ενός κυτταρικού τοιχώματος που σχηματίζει μια θήκη πάνω από την κυτταρική μεμβράνη. Τα κύτταρα μας δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα. Τα βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα είναι κυρίως κατασκευασμένα από μια μοναδική ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη, η οποία είναι μια δομή που μοιάζει με πλέγμα, κυρίως κατασκευασμένη από δύο συστατικά.
Οι γλυκάνες είναι μακρές αλυσίδες εναλλασσόμενων μορίων ζάχαρης που ονομάζονται NAG (Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη) και NAM (Ν-ακετυλομουραμικό οξύ). Η μονάδα NAM-NAG, που συνδέεται με μακριές αλυσίδες, είναι μοναδική για τα βακτήρια. Αυτή η μοναδικότητα το καθιστά σημαντικό στόχο για την ανάπτυξη των αντιβιοτικών. Το ανοσοποιητικό μας σύστημα αναζητά επίσης αυτή την υπογραφή για να επιτεθεί σε εισβολή βακτηρίων.
Το τμήμα ‘Peptido’ των πεπτιδογλυκανών είναι πεπτίδια (σύντομες αλυσίδες αμινοξέων) που συνδέουν τα σάκχαρα NAM σε γειτονικά κλώνους γλυκάνης. Οι διασταυρώσεις σχηματίζουν ένα ισχυρό, διασυνδεδεμένο πλέγμα. Το πρώτο αντιβιοτικό που πρέπει να ανακαλυφθεί, η πενικιλίνη, λειτουργεί παρεμβάλλοντας σε αυτό το βήμα διασύνδεσης. Το αποτέλεσμα είναι ένα εξασθενημένο κυτταρικό τοίχωμα που δεν μπορεί πλέον να κρατάει με ασφάλεια το κυτταρόπλασμα και οι εκρήξεις των βακτηριακών κυττάρων ανοίγουν και πεθαίνουν.
Εξέλιξη της αντίστασης
Πώς τα βακτήρια εξελίχθηκαν αντίσταση στην πενικιλίνη; Ήρθαν με νέα ένζυμα, (π.χ. πενικιλινάση) που κόβουν τα μόρια πενικιλλίνης. Ή, αποφεύγουν τη δράση των αντιβιοτικών τροποποιώντας τους στόχους της πενικιλίνης.
Η βακτηριακή λοίμωξη απαιτεί ταχεία διαίρεση βακτηριακών κυττάρων, για την οποία απαιτείται σύνθεση κυτταρικού τοιχώματος. Για να κατανοήσουμε τη διαίρεση των βακτηριακών κυττάρων, ας χρησιμοποιήσουμε το παιχνίδι του παιδιού Lego ως απλοποιημένη αναλογία. Φανταστείτε ένα τετράγωνο κελί που είναι έξι ίντσες σε κάθε πλευρά, με τοίχους από κεραμίδια LEGO. Για να κάνετε αυτό το κελί χάσμα, θα προσθέσετε κεραμίδια σε δύο αντίθετες πλευρές μέχρι να γίνει ένα ορθογώνιο που είναι δώδεκα ίντσες κατά έξι ίντσες. Στη συνέχεια, θα επεκτείνετε τους τοίχους κατά μήκος της μέσης, δημιουργώντας δύο τετράγωνα θυγατρικά κύτταρα έξι ιντσών.
Τα πραγματικά βακτηριακά κύτταρα πρέπει να συνθέτουν το δικό τους υλικό τοίχου. Και ακριβώς όπως ορισμένοι σύνδεσμοι σε ένα τοίχωμα LEGO πρέπει να αποσυνδεθούν ώστε να επιτρέπουν την προσθήκη φρέσκων πλακιδίων, τα βακτήρια επιλεκτικά σπάζουν και μεταρρυθμίζουν δεσμούς εντός του υπάρχοντος τοίχου για να επιτρέψουν την ανάπτυξη και τη διαίρεση. Πριν από την προσθήκη νέων συστατικών του κυτταρικού τοιχώματος, χρησιμοποιούνται μοριακά ψαλίδια: τα ένζυμα που ονομάζονται ενδοπεπτιδάσες αποσυνδέουν τις διασυνδέσεις πεπτιδίων και οι λυτικές τρανσγλυκοσυλεάσες (LTS) διαχωρίζουν τις αλυσίδες ζάχαρης της σπονδυλικής στήλης. Και τα δύο αυτά πρέπει να εργάζονται σε αρμονία και τα βακτηριακά μηχανήματα που ρυθμίζουν αυτή τη διαδικασία είναι πολύ περίπλοκα – συνεχίζουν να ανακαλύπτονται νέα συστατικά.
Η ομάδα του Dr. Manjula Reddy στο Κέντρο Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας, Hyderabad, εργάζεται σε μηχανισμούς που επιτρέπουν στα βακτήρια να ελέγχουν με ακρίβεια την κυτταρική διαίρεση. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πέρυσι στο PLOS γενετικήΈχουν δείξει ότι τα βακτηρίδια είναι έξυπνα και μπορούν να αντισταθμίσουν την απώλεια του ψαλιδιού κοπής σταυροειδούς σύνδεσης, κάνοντας μια περίσσεια του ψαλιδιού LT που κόβει την αλυσίδα. Τα νέα ευρήματα σε αυτόν τον τομέα διευκολύνουν την καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο επιβιώνουν τα βακτήρια ενάντια σε όλες τις πιθανότητες. Τέτοιες ιδέες θα ανοίξουν το δρόμο για νέες στρατηγικές για την καταπολέμηση των βακτηριακών λοιμώξεων.
(Το άρθρο γράφτηκε σε συνεργασία με τον Sushil Chandani, ο οποίος εργάζεται σε μοριακή μοντελοποίηση. sushilchandani@gmail.com·
Δημοσιευμένος – 08 Φεβρουαρίου 2025 10:00 μ.μ.
