Tuberculoza multidrog rezistentă, antibiotic nou extras din țărână

De mai multe decenii, medicii au folosit antibiotice pentru combaterea tuberculozei (TBC). Și în mod consecvent, microbul responsabil de boală, Mycobacterium tuberculosis, s-a luptat contra acestor tratamente. Când se confruntă cu medicamente actuale, cum ar fi antibioticul rifamicină, bacteria adesea face mutații care o ajută să devină rezistentă la tratament.

Rata rezistenței la rifamicină crește constant, ceea ce reprezintă o problemă majoră pentru medicii care încearcă să trateze tuberculoza. Dar, potrivit unui nou studiu realizat de o echipă de oameni de știință de la Universitatea Rockefeller, „mama natură" ne oferă o soluție. Studiul, publicat în Nature Communications, sugerează că un antibiotic găsit în țărână poate distruge micobacteriile mutante.

Antibioticul naturii

Rifamicina (sau Rif) funcționează prin direcționarea polimerazei(RNAP) acidului ribonucleic (ARN), o enzimă crucială pentru supraviețuirea bacteriilor. Rezistența se dezvoltă atunci când genele care codifică RNAP fac mutații: Chiar și o mică modificare genetică poate împiedica Rif să se lege de enzime și să obstrucționeze funcția sa.

Pentru a evita rezistența, cercetătorii au nevoie de un medicament care să acționeze ca Rif, dar care ar putea fi legat de RNAP, chiar și în prezența mutațiilor. Și în timp ce unii oameni de știință s-ar putea întoarce în laborator pentru a sintetiza o astfel de moleculă, Sean F. Brady, profesor la Evnin, s-a îndreptat către mediul înconjurator.

„Rifamicina este produsă în mod natural de o bacterie", spune el. „Așadar, am vrut să aflu dacă natura a făcut și analogi Rif - molecule care arată ca rifamicina, dar care au mici diferențe".

Pentru a identifica astfel de analogi, laboratorul lui Brady a secvențiat gene de microbi găsite în probele de sol colectate din mai multe locuri din întreaga țară. Sperau să descopere antibiotice naturale care erau legate genetic de Rif, dar cu mici variații care le permiteau să se lege de RNAP mutante.

Și exact asta au găsit

În probele de sol, cercetătorii au descoperit un grup de antibiotice naturale, cunoscute sub numele de „kanglemycine" sau „kangs", care împărtășesc majoritatea genelor cu rifamicină. Mai mult, analizele făcute de asociatul postdoctoral James Peek au arătat că aceste antibiotice sunt capabile să combată bacteriile care nu răspund la Rif.

Brady estimează că kang-urile ar fi putut să apară ca răspuns la presiunile evolutive care sunt similare celor prezente, acum, în spitale. Într-un cadru clinic, bacteriile reacționează la atacul cu antibiotice prin dezvoltarea mutațiilor de protecție. La rândul lor, cercetătorii creează antibiotice mai puternice; și, în timp, bacteriile dezvoltă mutații suplimentare pentru a se sustrage acestor noi atacuri. În natură, Brady postulează că bacteriile și antibioticele se pot angaja într-o cursă similară înarmării.

Bacteriile din țărână concurează între ele. Și, pentru o specie bacteriană, o modalitate de a elimina concurența este de a produce toxine, cum ar fi Rif, care acționează ca antibiotice naturale. Ca și bacteriile din spitale, bacteriile din sol răspund la astfel de amenințări făcând mutații în moduri care conferă rezistență la toxine. Dar, în timp, bacteriile lor rivale ar putea face și ele mutații, de asemenea, producând antibiotice mai puternice. Kangs, speculează Brady, poate fi rezultatul acestui tip de competiție.

„Este posibil ca antibioticele naturale să fie supuse aceleiași presiuni selective pe care le punem la antibiotice în practica clinică", spune el. „Și dacă așa este cazul, atunci vom vedea analogi naturali cu rifamicina, cum ar fi kangs, care depășesc rezistența".

Un buzunar de polimerază propice

Pentru a înțelege ceea ce face ca aceste antibiotice nou descoperite să fie eficiente împotriva tulpinilor de TBC mutante, Elizabeth Campbell, profesor asociat de cercetare, Seth A. Darst, profesorul la Jack Fishman și cercetătorul principal Mirjana Lilic le-au analizat structura.

Ei au descoperit că, deși kang-urile erau asemănătoare cu rifamicina, antibioticele aveau mai multe trăsături distinctive, inclusiv mai mult zahăr în plus și un acid suplimentar, atașate structurii de bază. Cercetătorii au aflat și că aceste „înfloriri" microscopice înzestrează molecula cu un nou mod de a lega și interfera cu RNAP, permițând kangs să vizeze bacterii neafectate de Rifamicină.

„Am constatat că un adaos de zahăr permite kanglemicinei să se așeze, într-un buzunar, de RNAP, lucru de care alte medicamente nu profită", spune Campbell. De fapt, spune ea, înainte de acest studiu, oamenii de știință nu știau că există un astfel de buzunar.

Descoperirea acestei stații de andocare furnizează cercetătorilor o nouă strategie de dezvoltare a unor antibiotice și mai puternice.

Acum, conștienți de buzunarul RNAP, oamenii de știință pot căuta sau sintetiza noi medicamente care să îl exploateze.

„Încă mai dorim să vedem o creștere a potenței și o activitate ai largă contra bacteriilor rezistente", subliniază Campbell, într-un material dat publicității de Universitatea Rockefeller. „Dar acest studiu ne arată că suntem pe drumul cel bun".

Studiul, integral, poate fi consultat AICI.