Mutacja białka gronkowca ułatwia zasiedlenie implantu
U niektórych pacjentów z implantami kardiologicznymi (sztucznymi zastawkami, rozrusznikami itp.) rozwija się groźne niekiedy dla życia zakażenie krwi, ponieważ bakterie w ich organizmie mają zmutowany gen, ułatwiający im tworzenie biofilmu na urządzeniu.
Zespół z Uniwersytetu Stanowego Ohio i Centrum Medycznego Duke University, który pracował pod przewodnictwem m.in. prof. Stevena Lowera, zauważył, że pewne szczepy gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) dysponują kilkoma wariantami białek powierzchniowych, ułatwiającymi tworzenie biofilmów. Ponieważ biofilmy są antybiotykooporne, jedynym wyjściem było do tej pory chirurgiczne usunięcie implantu i zastąpienie go nowym.
Chcąc ograniczyć liczbę zakażeń i kosztowność wdrażanych procedur, Amerykanie przeprowadzili eksperymenty z wykorzystaniem mikroskopu sił atomowych i symulacji komputerowych. Sprawdzali, w jaki sposób bakterie przylegają do urządzeń, by utworzyć biofilm. Gdy proces zostanie uruchomiony, białka powierzchniowe bakterii łączą się z pokrywającym implant białkami surowicy ludzkiej krwi. Skoro jednak gronkowce znajdują się w nosie niemal połowy Amerykanów, czemu nie każdy pacjent przechodzi zakażenie? Czemu niektóre szczepy powodują infekcję, a niektóre pozostają uśpione? Naukowcy odkryli, że białka powierzchniowe gronkowców z 3 polimorfizmami pojedynczego nukleotydu (ang. single nucleotide polymorphism, SNP) wiązały się z białkami surowicy mocniej niż u pacjentów z gronkowcami z innymi wariantami proteiny.
Wielu specjalistów pracuje nad materiałami, które nie dopuszczą do związania bakterii, do problemu można jednak podejść od innej strony - od strony samych bakterii.
Prof. Vance Fowler z Duke University dysponuje biblioteką izolatów S. aureus. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki niej uda się lepiej poznać oddziaływania między powierzchniami nieożywionymi a żywymi mikroorganizmami na poziomie molekularnym. W ramach najnowszego studium międzyuczelniany zespół badał 80 izolatów z 3 źródeł: 1) od pacjentów z zakażeniem krwi i potwierdzonym zakażeniem implantu kardiologicznego, 2) od pacjentów z zakażeniem krwi i niezakażonym urządzeniem oraz 3) z nosa zdrowych osób zamieszkujących ten sam obszar. Dr Nadia Casillas-Ituarte doprowadzała do związania pojedynczego gronkowca z fibronektyną pokrywającą powierzchnię skanującej sondy mikroskopu AFM (bakterie wykorzystują do tego adhezynę - białko wiążące fibronektynę A). Później próbowała je rozdzielić i zmierzyć siłę każdego połączenia.
Jak dokładnie przebiegał eksperyment? Akademicy symulowali bicie ludzkiego serca, pozwalając, by na krótki moment doszło do związania. Później dźwigienkę podrywano, przeprowadzając taki zabieg co najmniej 100-krotnie na każdej komórce. Określano też działanie okolicznych komórek. W ten sposób powstał wykres dla ok. 250 tys. z nich. Pierwszym krokiem jest ustalenie, jak bakterie czują powierzchnię. Można zahamować ten proces, jeśli najpierw się go zrozumie - podkreśla Casillas-Ituarte.
W kolejnym etapie badań naukowcy zsekwencjonowali aminokwasy wchodzące w skład białka wiążącego fibronektynę A ze wszystkich wykorzystanych izolatów. W ten właśnie sposób zidentyfikowali SNP charakterystyczne dla próbek pobranych od pacjentów z zakażeniami implantów kariologicznych. Symulacje komputerowe pokazały tworzenie się wiązań między białkami bakteryjnymi i ludzkimi. Przy standardowych sekwencjach białek cząsteczki trzymały się na dystans. Kiedy jednak zmieniono sekwencję 3 aminokwasów w bakteryjnym białku powierzchniowym, między białkami gronkowca i człowieka tworzyło się wiązanie wodorowe.
Zmieniliśmy aminokwasy w taki sposób, by przypominały SNP zidentyfikowane u gronkowców od pacjentów z zakażeniami implantów. Wydaje się zatem, że SNP mają związek z tym, czy wiązanie się wytworzy, czy nie - tłumaczy Lower.
Białko wiążące fibronektynę A jest jednym z ok. 10 białek powierzchniowych S. aureus, które tworzą wiązania z białkami komórki gospodarza. W przyszłości trzeba się więc będzie skupić na pozostałych. Nie można też wykluczyć, że istnieją warianty fibronektyny, które przyczyniają się do opisanego problemu.
Komentarze (0)