Επιστήμονες διαπιστώνουν ότι ορισμένοι ιοί δημιουργούν σκόπιμα γενετική ποικιλία για να αποφεύγουν τις βακτηριακές άμυνες, ανοίγοντας δρόμο για θεραπείες όταν τα αντιβιοτικά αποτυγχάνουν.
Οι ιοί που στοχεύουν επιλεκτικά και σκοτώνουν βακτήρια, γνωστοί ως βακτηριοφάγοι ή απλώς φάγοι, μολύνουν τα βακτήρια αλλά αφήνουν τα ανθρώπινα κύτταρα ανέπαφα. Μόλις προσκολληθούν σε ένα βακτηριακό κύτταρο, εγχέουν το γενετικό τους υλικό, καταλαμβάνουν τον κυτταρικό μηχανισμό και το υποχρεώνουν να παράγει νέους φάγους, μέχρι που το βακτήριο διαρρηγνύεται.
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
Το πρόβλημα είναι ότι τα βακτήρια μπορούν να αναπτύξουν άμυνες απέναντι στους φάγους, όπως ακριβώς αναπτύσσουν αντοχή στα αντιβιοτικά.
Η νέα έρευνα δείχνει ότι οι φάγοι διαθέτουν τη δική τους εξελικτική αντιστροφή.
Ορισμένοι από τους ιούς που ζουν στο ανθρώπινο έντερο μπορούν να δημιουργούν πολύ γρήγορα γενετικές παραλλαγές στους απογόνους τους, αυξάνοντας τις πιθανότητες να επιβιώσουν τουλάχιστον κάποιοι όταν τα βακτήρια αντεπιτίθενται, σύμφωνα με τη μελέτη (πηγή στα Αγγλικά) που δημοσιεύτηκε την Πέμπτη στο περιοδικό Nature Microbiology.
Το εύρημα μπορεί να ανοίξει έναν νέο δρόμο στην αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων στα αντιβιοτικά, καθώς οι λοιμώξεις που είναι ανθεκτικές στα φάρμακα γίνονται ολοένα δυσκολότερο να αντιμετωπιστούν.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Μίσιγκαν Στέιτ εντόπισαν μέχρι σήμερα υποτιμημένες περιοχές στα γονιδιώματα των βακτηριοφάγων, που λειτουργούν ως γενετικά «σημεία υψηλής μεταλλαξιμότητας», επιτρέποντας στους ιούς να τροποποιούν κατ’ επανάληψη βασικά γονίδια καθώς αναπαράγονται.
Αυτό υποδηλώνει ότι οι περιοχές αυτές βοηθούν τους φάγους να «μοιράζουν το ρίσκο» έναντι των βακτηριακών αμυντικών μηχανισμών. Αντί να παράγουν έναν πληθυσμό από γενετικά πανομοιότυπους ιούς, δημιουργούν μια ποικιλία απογόνων με διαφορετικά χαρακτηριστικά, αυξάνοντας τις πιθανότητες κάποιοι να συνεχίσουν να μολύνουν και να σκοτώνουν τους βακτηριακούς ξενιστές.
«Αυτό αλλάζει τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε την εξέλιξη των φάγων», δήλωσε (πηγή στα Αγγλικά) ο συν-συγγραφέας Κρις Ουότερς, μέλος ΔΕΠ στο πρόγραμμα Οικολογία, Εξέλιξη και Συμπεριφορά του Πανεπιστημίου Μίσιγκαν Στέιτ. «Αντί να παρακάμπτουν τους ξενιστές τους για να παράγουν μαζικά ακριβή αντίγραφά τους, στην πραγματικότητα χρησιμοποιούν αυτά τα σημεία μετάλλαξης για να δημιουργούν έναν ολόκληρο “ζωολογικό κήπο”», είπε, προσθέτοντας ότι οι φάγοι «στην ουσία μοιράζουν τα στοιχήματά τους».
Μια γενετική διέξοδος διαφυγής
Οι ερευνητές μελέτησαν τον βακτηριοφάγο T2, ο οποίος μολύνει το E. coli, εξετάζοντας ένα βακτηριακό αμυντικό σύστημα που μπορεί να αναγνωρίζει και να καταστρέφει το εισβάλλον DNA των φάγων.
Η ομάδα μετέφερε το αμυντικό αυτό σύστημα σε E. coli στο εργαστήριο και εξέθεσε τα βακτήρια σε φάγους.
Η προστασία δεν κράτησε πολύ.
Μέσα σε λίγες ώρες οι φάγοι άρχισαν να υπερνικούν τις βακτηριακές άμυνες.
«Μέσα σε λίγες ώρες, οι φάγοι πάντα άρχιζαν να κερδίζουν», είπε ο Ουότερς. «Δεν μπορούσαμε να καταλάβουμε το γιατί», πρόσθεσε.
Όταν οι ερευνητές αλληλούχησαν το γονιδίωμα των ανθεκτικών ιών, εντόπισαν επαναλαμβανόμενες μεταλλάξεις σε ένα γονίδιο που ονομάζεται agt, ιδιαίτερα σε ένα τμήμα επαναλαμβανόμενου DNA. «Όταν είδα τα δεδομένα, σκέφτηκα, θεέ μου», είπε ο Ουότερς.
Η συγκεκριμένη αλληλουχία αποδείχθηκε ότι είναι αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν θέση ενδεχόμενης μεταβολής (contingency locus), μια περιοχή με πολύ υψηλή μεταλλαξιμότητα, όπου ο μηχανισμός αντιγραφής του DNA μπορεί να «γλιστρήσει» όταν αντιγράφει επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες.
Το αποτέλεσμα είναι μια αναστρέψιμη μετάλλαξη μετατόπισης του πλαισίου ανάγνωσης, η οποία αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο «διαβάζονται» οι οδηγίες του γονιδίου.
Κάποιοι φάγοι αποκτούν μια επιπλέον επανάληψη, άλλοι χάνουν μία. Το αποτέλεσμα είναι ένας πληθυσμός που περιλαμβάνει διαφορετικές εκδοχές του ιού, με πιθανώς διαφορετική ικανότητα να αποφεύγουν τις βακτηριακές άμυνες.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτές οι επαναλαμβανόμενες περιοχές συσσώρευαν μεταλλάξεις χιλιάδες φορές ταχύτερα από το υπόλοιπο γονιδίωμα του φάγου.
Και ο μηχανισμός αυτός δεν περιορίζεται σε έναν μόνο ιό.
Χρησιμοποιώντας πειραματική εξέλιξη και ανάλυση γονιδιώματος, οι ερευνητές εντόπισαν παρόμοιες θέσεις ενδεχόμενης μεταβολής στον φάγο T4 του E. coli. Διαπίστωσαν επίσης ότι απλές επαναλήψεις αλληλουχιών ήταν ευρέως διαδεδομένες σε διάφορους φάγους του E. coli, αν και η συχνότητά τους διέφερε μεταξύ γονιδίων με διαφορετικές λειτουργίες.
Μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση των υπερμικροβίων;
Η έρευνα έρχεται σε μια περίοδο όπου επιστήμονες και φορείς χάραξης πολιτικής αναζητούν εναλλακτικές λύσεις στα αντιβιοτικά.
Η φαγοθεραπεία δεν είναι κάτι καινούριο. Οι φάγοι χρησιμοποιήθηκαν θεραπευτικά ήδη από τη δεκαετία του 1920 για την αντιμετώπιση βακτηριακών λοιμώξεων, αλλά το ενδιαφέρον για την προσέγγιση αυτή μειώθηκε όταν αντιβιοτικά όπως η πενικιλίνη έγιναν ευρέως διαθέσιμα.
Σήμερα, η άνοδος της αντοχής στα αντιμικροβιακά έχει αναζωπυρώσει το ενδιαφέρον.
Η ελκυστικότητα της μεθόδου οφείλεται εν μέρει στην εξειδίκευσή της. Ενώ πολλά αντιβιοτικά μπορούν να σκοτώσουν ωφέλιμα βακτήρια μαζί με το παθογόνο-στόχο, μεμονωμένοι φάγοι μπορεί να είναι εξαιρετικά επιλεκτικοί για συγκεκριμένα βακτηριακά είδη ή στελέχη.
Αυτή η εξειδίκευση όμως αποτελεί και αδυναμία: τα βακτήρια μπορούν να αναπτύξουν αντοχή σε έναν φάγο, καθιστώντας ενδεχομένως μια θεραπεία αναποτελεσματική.
Τα ευρήματα από το Μίσιγκαν Στέιτ ανοίγουν το ενδεχόμενο οι επιστήμονες να αξιοποιήσουν στο μέλλον τις ίδιες τις εξελικτικές στρατηγικές των ιών για να καταστήσουν τις θεραπείες με φάγους πιο ανθεκτικές.
«Αν καταφέρουμε να αξιοποιήσουμε αυτού του είδους τα εξελικτικά κόλπα, ίσως μπορέσουμε να αναπτύξουμε πιο αποτελεσματικές θεραπείες με φάγους ως απάντηση στην κρίση αντοχής στα αντιβιοτικά», είπε ο Ουότερς.
«Δεν πρόκειται ποτέ να απαλλαγούμε πλήρως από την αντοχή», πρόσθεσε. «Αλλά αν κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα βακτήρια προστατεύονται από τη λοίμωξη από φάγους και πώς οι φάγοι αντεπιτίθενται, ίσως μπορέσουμε να τη μειώσουμε στο ελάχιστο».