Jak přírodní antibiotikum blokuje obranné mechanizmy baktérií?

Nový výzkum naznačuje, že přírodní antibiotikum získávané z některých druhů hmyzu dokáže zničit ochranné membrány některých běžných baktérií, které často vyvolávají těžké infekce a navíc jsou rezistentní vůči běžně používaným antibiotikům. Tato nová zjištění by se mohla stát základem pro vyvinutí nových antibiotik, která lidstvo nutně potřebuje k tomu, aby se vypořádalo se stále narůstajícím problémem bakteriální rezistence.

V České republice každý rok vyvolají rezistentní bakteriální kmeny desítky tisíc infekčních onemocnění a mnoho pacientů těmto infekcím podlehne, protože běžně používaná antibiotika nejsou proti rezistentním kmenům dostatečně účinná.

V jiných zemích, jako jsou například Spojené státy americké, je situace ještě horší a baktérie rezistentní na antibiotika zde vyvolají více než 2 milióny případů onemocnění, přičemž 23 tisíc lidí kvůli antibiotické rezistenci zemře.

Světová zdravotnická organizace (WHO) nedávno provedla průzkum mezi více než 500 tisíci osob a zjistila, že mezi 5 baktérií, které jsou nejvíce rezistentní na běžně používaná antibiotika patří:

• Escherichia coli
• Klebsiella pneumoniae
• Staphylococcus aureus (Zlatý stafylokok)
• Streptococcus pneumoniae
• Salmonella

S výjimkou S. pneumoniae, se jedná o gramnegativní baktérie. Název gramnegativní je po lékaři jménem Hans Christian Gram, který vyvinul takzvaný Gramův test, který s pomocí určitých chemických látek dokáže rozdělit baktérie do dvou skupin, grampozitivní a gramnegativní.

Hledání nových způsobů jak zničit gramnegativní baktérie je pro budoucnost lidstva zásadní, protože rezistence těchto baktérií na antibiotika stále narůstá a může se stát, že jednou nebudeme mít už žádná antibiotika, která by proti těmto druhům baktérií účinkovala a v podstatě se tak vrátíme do doby před objevením penicilinu, kdy lidé umírali na banální infekce.

Proto se lékaři v současné době maximálně snaží hledat nové způsoby likvidace gramnegativních baktérií.

A první výsledky se již dostavují. Nedávno lékaři objevili antibiotikum zvané Cefiderocol, které dokáže obejít obranné mechanizmy gramnegativních buněk, proniknout do jejich nitra a zabít je.

A studie, kterou popisujeme v tomto článku, ukazuje nové možnosti, jak prolomit obranné mechanizmy gramnegativních baktérií. Lékaři z Curyšské univerzity ve Švýcarsku totiž zjistil, že thanatin (český název je také tanatin), přírodní antibiotikum produkované hmyzím druhem Podisus Maculiventris, dokáže ničit vnější membrány gramnegativních baktérií.

John A. Robinson, z katedry chemie Curyšské univerzity je korespondent a jeden z autorů studie, jejíž výsledky byly nedávno zveřejněny v časopise Science Advances.

Thanatin blokuje obranné mechanizmy baktérií

Autoři vysvětlují důvody, které je k provedení studie vedly, následovně: "Navzdory obrovskému úsilí akademické obce a farmaceutického průmyslu je velmi obtížné najít nové cílové struktury bakteriálních buněk, proti kterým bychom mohli vyvíjet nová antibiotika."

"Jedním z největších problémů, před kterými lidstvo stojí je nutnost najít nové mechanizmy účinku antibiotik proti nebezpečným gramnegativním baktériím."

Jak doktor Robinson a jeho kolegové vysvětlují ve svém článku, buňka gramnegativních baktérií je chráněna asymetrickou vnější membránou, která se skládá ze dvou vrstev. Na vnější straně se nachází molekuly lipopolysacharidů (LPS) a na vnitřní straně pak membránové glycerolfosfolipidy.

Autoři ve studii použili modelovou situaci a zkoušeli zda se přírodní antibiotikum thanatin dokáže in vitro navázat na proteiny (bílkoviny) označované jako „Lpt proteiny“ v membráně gramnegativních baktérií (v případě studie se jednalo o E.coli). Lpt proteiny tvoří můstek mezi vnější a vnitřní membránou, která chrání buňky gramnegativních baktérií.

Tento můstek slouží k transportu molekul LPS na vnější stranu membrány, což vytváří obrannou bariéru.

Laboratorní analýza zjistila, že thanatin blokuje tvorbu vazeb mezi bílkovinami, které jsou nutné k tomu, aby tento transportní můstek pro LPS molekuly mohl vzniknout. To znamená, že LPS molekuly se nedostanou do svého cílového místa a asymetrická vnější membrána tak nemůže vzniknout. Bez tohoto ochranného mechanizmu dokážou antibiotika bakteriální buňku snadno zabít.

Autoři studie tvrdí, že "tyto výsledky naznačují nové mechanizmy účinku antibiotik, založené na blokování interakcí mezi bílkovinami, které jsou nutné pro tvorbu Lpt komplexů u gramnegativních baktérií E.coli."

"Navíc tato studie zjistila, že v přírodě existuje antibiotikum (na bázi peptidů), které se může stát výchozím bodem při vývoji nových antibiotik pro boj s nebezpečnými gramnegativními bakteriálními patogeny".

"Tato zjištění nám ukazují cestu k vývoji nových látek, které budou specificky inhibovat (potlačovat) tvorbu vazeb mezi některými bílkovinami v bakteriálních buňkách," řekl doktor Robinson.

„Tento mechanizmus účinku antibiotik byl až dosud pro bakteriální buňky neznámý a dává nám tak možnost vyvinout nová antibiotika proti nebezpečným patogenům,“ říká doktor Robinson.

Co si z článku odnést?

Rezistence baktérií na antibiotika je velký problém a lékaři se snaží hledat nové způsoby, jak obranné mechanizmy rezistentních baktérií překonat. Jedním z největších problémů dnešní doby je rezistence takzvaných gramnegativních baktérií, které mají silnější a kvalitnější obranné mechanizmy proti účinkům řady běžných antibiotik.

Musíme proto najít nové způsoby, jak antibiotika do bakteriálních buněk dostat, protože řada baktérií svou obranu přizpůsobila stávajícím mechanizmům průniku antibiotik do buňky a začínají antibiotikům lépe odolávat.

Jednou z možností, jak se vypořádat s rezistencí gramnegativních baktérií je zabránit tvorbě vazeb mezi bílkovinami, které jsou důležité pro přenos molekul, tvořících vnější ochrannou membránu bakteriální buňky.

V nové studii lékaři objevili přírodní látku thanatin, tvořenou hmyzem Podisus Maculiventris, která dokáže zablokovat přenos molekul LPS na vnější membránu buňky gramnegativní baktérie E.Coli. To spolehlivě zabrání vytvoření vnější ochranné membrány na bakteriální buňce a umožní antibiotikům buňku zlikvidovat.

Ještě samozřejmě nemáme vyhráno a musíme provést další výzkum, ale thanatin má potenciál stát se klíčovou molekulou v boji proti rezistentním gramnegativním baktériím.