Μια μελέτη στο Ντάρτμουθ διαπιστώνει ότι οι μοριακοί ωτοστόπ που ζουν μέσα σε βακτήρια μπορούν να κάνουν τους ξενιστές τους εξαιρετικά ανθεκτικούς στην ιατρική θεραπεία, συγκεντρώνοντάς τους σε σφιχτά συσκευασμένες ομάδες. Τα ευρήματα εισάγουν μια προηγουμένως άγνωστη οδό μέσω της οποίας οι βακτηριακές λοιμώξεις μπορούν να γίνουν πιο δύσκολες στη θεραπεία, λένε οι ερευνητές.
Πώς τα πλασμίδια δημιουργούν προστατευτικές συστάδες
Τα μόρια DNA που ονομάζονται πλασμίδια μπορούν να καταλάβουν τα βακτήρια του ξενιστή και να τα αναγκάσουν να αναπτύξουν σωληνοειδείς προσαρτήσεις που ονομάζονται συζευγμένες ίνες. Αυτοί οι σωλήνες προσκολλώνται σε γειτονικά βακτήρια, συνδέοντάς τα όπως οι ελαστικοποιημένες σήραγγες μεταξύ των βαγονιών ενός επιβατικού τρένου, έτσι ώστε αντίγραφα των πλασμιδίων να μπορούν να περνούν από το ένα κύτταρο στο άλλο.
Οι ερευνητές του Ντάρτμουθ αναφέρουν στο Current Biology ότι καθώς οι ίνες συνδέουν τα κύτταρα μεταξύ τους, σχηματίζουν πυκνές βακτηριακές συστάδες που μπορούν να αντέξουν στα αντιβιοτικά, ακόμη και αν τα μεμονωμένα βακτήρια δεν είναι γενετικά ανθεκτικά. Τα πλασμίδια μπορούν επίσης να αναγκάσουν πολλά βακτηριακά είδη σε μια ενιαία κοινότητα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που κανονικά δεν σχηματίζουν ομάδες.
"Αυτά είναι τρομακτικά ευρήματα", λέει η Carey Nadell, η κύρια συγγραφέας της μελέτης και αναπληρώτρια καθηγήτρια βιολογικών επιστημών. «Δεν βλέπουμε αντοχή στα αντιβιοτικά με βάση τη γενετική κωδικοποίηση, κάτι που συμβαίνει συνήθως. Αντίθετα, τα πλασμίδια μπορούν να κάνουν τα βακτηριακά κύτταρα πολύ πιο ανεκτικά σε βλάβες απλώς αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο είναι διατεταγμένα στο χώρο».
Γιατί τα βιοφίλμ κάνουν τις μολύνσεις επίμονες
Οι βακτηριακές κοινότητες, ή βιοφίλμ, είναι από τις πιο συχνές αιτίες σοβαρών λοιμώξεων, λέει ο Nadell, του οποίου η ομάδα μελετά επίσης φάγους, ή ιούς που σκοτώνουν βακτήρια. Θεραπείες όπως οι φάγοι και τα αντιβιοτικά συνήθως επιτίθενται στα βιοφίλμ από τα περιθώρια και λειτουργούν προς τα μέσα. Αλλά τα κύτταρα στο κέντρο ενός βιοφίλμ μπορούν να αποφύγουν την επίθεση για αρκετό καιρό ώστε να πολλαπλασιαστούν και να διαδώσουν τη μόλυνση.
«Οι κλινικές θεραπείες για τη μόλυνση συχνά δεν είναι πολύ χρήσιμες έναντι των βακτηρίων σε κατάσταση βιοφίλμ», λέει ο Nadell. «Οι πυκνές ομάδες βακτηριακών κυττάρων, όπως αυτές που παρατήρησε η ομάδα μας, θα ήταν δύσκολο να εξαλειφθούν χωρίς ακραία μέτρα, όπως η έντονη θερμότητα ή η χλωρίνη, τα οποία προφανώς δεν είναι κλινικά βιώσιμες θεραπείες».
Ιχνηλατική εξάπλωση πλασμιδίων σε εργαστηριακά βιοφίλμ
Οι ερευνητές ξεκίνησαν να διερευνούν πώς η δομή ενός βιοφίλμ επηρεάζει την κίνηση των πλασμιδίων μέσω των βακτηριακών κοινοτήτων. Εργάστηκαν κυρίως με το εντερικό βακτήριο Escherichia coli και διαπίστωσαν ότι μερικοί φορείς πλασμιδίων που εισάγονται σε ένα βιοφίλμ E. coli μπορούν να μολύνουν σχεδόν όλα τα βακτηριακά κύτταρα εντός τριών ημερών.
Τα πλασμίδια είναι ευρέως διαδεδομένα στη φύση τους και δεν μπορούν να παραμείνουν άθικτα για μεγάλα χρονικά διαστήματα, εκτός από όταν βρίσκονται μέσα σε έναν βακτηριακό ξενιστή, λέει ο Nadell. Για τους επιστήμονες, η απλότητα και η γρήγορη προσαρμοστικότητα των πλασμιδίων παρείχαν ένα πρώιμο μοντέλο για την κατανόηση των βασικών αρχών της γενετικής.
Μια περίπλοκη σχέση μεταξύ πλασμιδίων και ξενιστών
Για τα βακτήρια, η σχέση είναι δούναι-και-λαβείν. «Κατ' αρχήν, τα πλασμίδια μπορούν να συμπεριφέρονται ως παράσιτα μέσα στα βακτήρια, αλλά ορισμένα περιλαμβάνουν γενετικό κώδικα που είναι χρήσιμος για τους ξενιστές τους. Προσδίδουν χαρακτηριστικά όπως η συμβατική γενετική αντοχή στα αντιβιοτικά», λέει ο Nadell.
Τα πειράματα της ομάδας του Dartmouth δείχνουν επίσης ότι αυτή η υπερανθεκτικότητα δεν είναι πάντα χρήσιμη. «Μας αρέσει πολύ να σκεφτόμαστε πώς αυτά τα επίκτητα χαρακτηριστικά μπορούν να είναι θετικά και αρνητικά», λέει ο Winans.
Το φαινόμενο συσταδοποίησης που παρατήρησε η ομάδα στο E. coli εμφανίστηκε επίσης μεταξύ διαφορετικών βακτηριακών ειδών, αναφέρουν οι ερευνητές: Salmonella enterica, η οποία σχετίζεται με την κατανάλωση μη καλά μαγειρεμένων πουλερικών και αυγών, και το είδος Serratia fonticola που προκαλεί μολύνσεις.
Κοιτάζοντας μπροστά στις κλινικές επιπτώσεις
Η ομάδα διερεύνησε επίσης πώς η ανάπτυξη με άλλα μικρόβια επηρεάζει τη μεταφορά πλασμιδίων και τον σχηματισμό συστάδων μέσω πειραμάτων στον ζυμομύκητα Candida albicans, ο οποίος ζει στο ανθρώπινο έντερο και προκαλεί κοινές λοιμώξεις όπως η άφθα, και το Vibrio cholerae, το οποίο προκαλεί τη θανατηφόρα ασθένεια χολέρα.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν να διερευνήσουν πώς οι ομάδες που δημιουργούνται από τα πλασμίδια προάγουν την αντοχή, λέει ο Nadell. Η απάντηση θα μπορούσε να είναι ότι τα βακτήρια μέσα σε αυτά τα βιοφίλμ απλώς γίνονται πολύ δύσκολα στην πρόσβαση ή ότι οι πυκνές συστάδες σταματούν την κυτταρική ανάπτυξη. Πολλά αντιβιοτικά «Λειτουργούν μόνο σε κύτταρα που αναπτύσσονται ενεργά», λέει.
«Τα πλασμίδια είναι πολύ συνηθισμένα στο φυσικό περιβάλλον. Είναι ανησυχητικό να πιστεύουμε ότι έχουν την ικανότητα να συνεργάζονται με παθογόνα βακτήρια εναντίον μας και των κλινικών μας παρεμβάσεων», λέει ο Nadell. «Αλλά είναι καλύτερο να το γνωρίζουμε αυτό παρά να μην το γνωρίζουμε, και τώρα μπορούμε να προσπαθήσουμε να βρούμε έναν τρόπο να το παρακάμψουμε».
www.worldenergynews.gr
