اشتراک پروتئین به باکتری های خفته کمک می کند تا در مقابل درمان آنتی بیوتیکی مقاومت کنند

وقتی باکتری‌ها تحت حمله آنتی‌بیوتیکی قرار می‌گیرند، هر مردی برای خودش نیست. محققان کالج پزشکی بیلور و همکارانش در موسسات همکار دریافتند که جمعیت باکتریایی به عنوان یک تیم برای زنده ماندن از آنتی بیوتیک ها کار می کنند. این مطالعه، منتشر شده در علمنشان می دهد که باکتری ها منابع خود را جمع می کنند و به سلول های ساکن یا غیرفعال کمک می کنند تا زنده بمانند. این یافته ها به توضیح اینکه چرا حذف برخی از باکتری ها دشوار است و رویکردهای بالقوه آینده برای بهبود اثربخشی آنتی بیوتیک ها را پیشنهاد می کند.

آنتی بیوتیک ها برای کشتن باکتری ها یا توقف رشد آنها طراحی شده اند. با این حال بسیاری از اوقات آنتی بیوتیک ها گروه کوچکی از بازماندگان را پشت سر می گذارند. این بازماندگان از نظر ژنتیکی مقاوم نیستند. در عوض، آنها به طور موقت بخش‌های خاصی از متابولیسم خود را خاموش می‌کنند و وارد یک حالت غیرفعال می‌شوند که به آن‌ها اجازه می‌دهد درمان را تحمل کنند و بعداً رشد را از سر بگیرند. درک چگونگی شکل گیری و ماندگاری بازماندگان یک چالش بزرگ در مبارزه با عفونت های مداوم است.”

دکتر کریستوف هرمان، خبرنگار و نویسنده اصلی، استاد ژنتیک مولکولی و انسانی و ویروس شناسی مولکولی و میکروبیولوژی در Baylor

دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که باکتری‌ها می‌توانند با به اشتراک گذاشتن ژن‌هایی که مقاومت آنتی‌بیوتیکی ایجاد می‌کنند، به یکدیگر کمک کنند تا در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت کنند. در مطالعه حاضر، هرمان و همکارانش بررسی کردند که آیا باکتری ها می توانند مستقیماً پروتئین ها را نیز به اشتراک بگذارند، ماشین های مولکولی که بیشتر کار را در سلول ها انجام می دهند. مطالعات قبلی نشان داده اند که باکتری ها می توانند پروتئین های مشترکی داشته باشند، اما شواهد تجربی روشن نیست.

برای تشخیص انتقال پروتئین، سیستم حساسی را با استفاده از این باکتری طراحی کردیم اشرشیاکلینویسنده اول، آلیس ایکس ون، یکی از همکاران Baylor McNair در برنامه آموزشی دانشمندان پزشکی (MD/PhD) که در آزمایشگاه هرمان کار می‌کند، گفت: “ما یک گروه از باکتری‌ها (اهداکننده‌ها) را برای ساخت آنزیمی به نام Cre و گروه دیگری از همان باکتری‌ها (گیرنده) را مهندسی کردیم تا حاوی یک “سوئیچ” ژنتیکی باشند که فقط در صورتی که پروتئین دریافت کننده دوباره وارد آن شود.”

این سیستم نشان داد که وقتی باکتری های دهنده و گیرنده با هم رشد می کنند، انتقال پروتئین اتفاق می افتد، اما این در شرایط عادی نادر است. اما زمانی که باکتری ها در معرض سطوح پایین و غیر کشنده آنتی بیوتیک ها قرار گرفتند، انتقال پروتئین هزاران بار افزایش یافت.

ون گفت: ما سپس چگونگی حرکت پروتئین ها از یک سلول به سلول دیگر را مطالعه کردیم. ما متوجه شدیم که انتقال سلول‌های اهداکننده همچنان انجام می‌شود و تنها مایعی که در آن رشد کرده‌اند باقی می‌ماند.

با ترکیب تکنیک‌های بیوشیمیایی و میکروسکوپ پیشرفته، این تیم کشف کردند که ساختارهای کوچکی به نام وزیکول‌های غشایی پروتئین‌ها را انتقال می‌دهند. وزیکول ها شبیه حباب های کوچک ساخته شده از غشای باکتری هستند که از سلول ها جدا می شوند و آزادانه در اطراف شناور می شوند.

با بررسی دقیق‌تر، سلول‌های دریافت‌کننده نشانه‌های قوی خواب را نشان دادند – این سلول‌ها تولید پروتئین خود را کند کردند، متابولیسم خود را کاهش دادند و ژن‌های مرتبط با ماندگاری مانند HipA را فعال کردند. ون گفت: «سلول‌های دریافت‌کننده با فعالیت HipA بالا، احتمالاً وزیکول‌های حامل پروتئین را می‌گیرند و از درمان آنتی‌بیوتیکی جان سالم به در می‌برند.» زمانی که HipA حذف شد، جذب پروتئین و بقا کاهش یافت.

انتقال پروتئین همچنین به باکتری‌های غیرفعال کمک کرد تا در معرض دوزهای کشنده آنتی‌بیوتیک‌ها پس از انتقال وزیکول زنده بمانند. یعنی قرار دادن سلول‌ها در معرض افزایش غلظت وزیکول‌ها قبل از درمان آنتی‌بیوتیکی منجر به افزایش بقا می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که پروتئین‌های منتقل‌شده به سلول‌های خفته کمک می‌کنند تا در مقابل استرس مقاومت کنند، در حالی که تولید پروتئین خودشان متوقف می‌شود.

هرمان گفت: «مطالعه ما نشان می‌دهد که آنتی‌بیوتیک‌ها باعث می‌شوند گروهی از باکتری‌ها از نظر ژنتیکی به دو گروه متمایز تمایز یابند: سلول‌های اهداکننده که با آزاد کردن وزیکول‌های پر از پروتئین پاسخ می‌دهند و سلول‌های گیرنده که غیرفعال می‌شوند اما می‌توانند پروتئین‌ها را از وزیکول‌های ورودی جذب کنند که به زنده ماندن آنها کمک می‌کند.» این کار گروهی به اعضای آسیب پذیر جمعیت باکتریایی اجازه می دهد تا در برابر حمله بالقوه کشنده آنتی بیوتیک مقاومت کنند.

محققان علاقه مند به شناسایی پروتئین های موجود در وزیکول ها هستند که به مقاومت گیرنده کمک می کنند. درک تعامل اهداکننده و گیرنده بین باکتری ها درهای جدیدی را در مبارزه با عفونت های مزمن و پایدار باز می کند.