Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Mikroorganizmy są obecne w naszym życiu – w nas i na nas, w naszym otoczeniu bliskim i tym dalekim, a nawet w miejscach, które do niedawna uznawaliśmy za sterylne – takie jak organizm płodu w łonie matki. Jest ich bardzo dużo – więcej, niż ludzka wyobraźnia jest w stanie pojąć i tak jak różnorodne są one same, tak i różnorodnie wpływać mogą na nas, ludzi. Lecz czy wśród tej różnorodnej zbieraniny mikroorganizmów znajdziemy takie, które potrafią sabotować nasze leczenie? I czy nie jest to zbyt przejaskrawione określenie?

Podział na te „dobre” (pożyteczne) i „złe” (chorobotwórcze) nie oddaje w pełni tej różnorodności. Istnieją mikroorganizmy neutralne, które nie mają wpływu na przeprowadzane przez nas procesy leczenia. Inne swoją obecnością mogą na nas wpływać w sposób pośredni, jak np. Lactobacillus rhamnosus – bakteria bytująca w naszym jelicie i zwiększająca wydzielanie neuroprzekaźnika GABA. Wpływ ten badany jest pod względem wykorzystania w leczeniu depresji, która często związana jest z niedoborami tego neuroprzekaźnika, tutaj więc widzimy już wpływ bakterii na leczenie choroby niezwiązanej z nią samą. W leczeniu w sposób pośredni, jednak już bardzo świadomy i celowy od wielu lat wykorzystujemy już specjalnie zmodyfikowane genetycznie szczepy bakterii. Produkują one dla nas substancje takie jak insulina, niezbędna w terapii cukrzycy. Lecz tak jak my hodujemy bakterie, one mogą również „hodować” nas.

Nasza mikrobiota jelitowa posiada zdolność „nakłaniania nas” do zmiany naszych nawyków żywieniowych. „Nakłanianie” gospodarza do odżywiania się w taki sposób, aby zapewnił mikroorganizmom odpowiednie substancje do wzrostu i rozwoju brzmi jak dość wyrafinowana strategia przetrwania. Wciąż jednak nie jest ona sabotażem.

Może więc pod lupę weźmiemy mechanizmy poziomego transferu genów? Dzięki mechanizmowi koniugacji jedna bakteria może przekazać drugiej np. plazmid, który zawiera geny odpowiedzialne za oporność na antybiotyki. Jest to jeden z mechanizmów, przez które zmagamy się z coraz bardziej znaczącym problemem w medycynie – powstawaniem wielolekoopornych szczepów, powodujących choroby, które ciężko leczyć. Uruchamiając wodzę wyobraźni i pomijając fakt, że mikroorganizmy nie są zdolne do zaawansowanych procesów myślowych i planowania, można porównać sytuację tę do utworzenia między nimi wspierającej się mafii. Dzięki temu wsparciu i wzajemnemu przekazywaniu sobie genów oporności na substancje, którymi staramy się je zwalczać, stają się groźniejsze dla naszego zdrowia. Niweczą również nasze plany leczenia i zmuszają do szukania nowych rozwiązań (np. korzystania z usług drugiej „mikromafii” – bakteriofagów, które mają z nami wspólne interesy). W tym przypadku stoimy już dużo bliżej określenia ich działań słowem „sabotaż”, jednak wciąż nie jest ono w tej sytuacji w pełni poprawne. Sabotaż wszak opiera się na walce z wrogiem poprzez wadliwe wykonywanie swoich obowiązków, a mechanizmy rozprzestrzeniania się oporności działają właśnie dlatego, że „obowiązki” są wykonywane poprawnie.

Jednym z „obowiązków” bakterii jest z pewnością prawidłowe wytworzenie ściany komórkowej, która chroni je przez wieloma szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi. Problem bakterii w tym przypadku polega na tym, że ściana komórkowa, która ma je chronić oraz antygeny zawarte na jej powierzchni często są celem działania antybiotyków, co prowadzi do ich zguby, a nie ochrony. „Obowiązek” ten może być jednak celowo „ignorowany” przez niektóre bakterie chorobotwórcze. Wykazały to badania zespołu Katarzyny Mickiewicz z Newcastle University, opublikowane w 2019 r. w czasopiśmie „Nature”, prowadzone nad jednym z chorobotwórczych szczepów Escherichia coli. Z badań wynika, że bakterie odpowiedzialne za nawracające zakażenie układu moczowego (rUTI) podczas leczenia antybiotykami są zdolne do celowego przejścia w tzw. formę L, pozbawioną ściany komórkowej. Dzięki przejściu w formę L bakterie są ignorowane przez antybiotyki i mogą przetrwać leczenie nawet bez posiadania genów oporności na dany antybiotyk. Po zakończeniu antybiotykoterapii bakterie te ponownie wracają do swojej standardowej formy ze ścianą komórkową, a wywoływana przez nie choroba powraca.

Odkrycie tego mechanizmu było dodatkowo utrudnione przez fakt, że bakterie w formie L nie mogą być hodowane na standardowych pożywkach mikrobiologicznych ze względu na brak ściany komórkowej i przez to podatność na hipotoniczność środowiska, które stanowi pożywka. Można więc powiedzieć, że swoimi działaniami bakterie nie tylko „ukrywały” się przez antybiotykami, ale również przez badaczami chcącymi rozwiązać problem nawrotów infekcji. A wszystko to przez celowe przejście w formę nieposiadającą struktury, która w ciągu standardowego życia danej bakterii powinna być wytworzona. Czy nie jest to jasny przykład na zastosowanie jawnego sabotażu przeciwko „wrogowi”, którym jest dla bakterii stosowany antybiotyk, a także ludzie, którzy chcą ów mikroorganizm wytępić ze swojego ciała?

Mechanizmy działania mikroorganizmów mogą być mniej lub bardziej finezyjne, korzystne lub też niekorzystne dla nas. Jak się jednak okazuje, mimo faktu bycia jedynie dość prostym i niepozornym jednokomórkowym organizmem badana przez zespół Katarzyny Mickiewicz bakteria jest zdolna do zastosowania sabotażu wobec nas.

Artykuł powstał w ramach programu MNiSW „Mistrzowie dydaktyki” w czasie zajęć tutoringowych we współpracy między p. Patrycją Tarasek, studentką II roku biotechnologii i dr Sławomirem Sułowiczem na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Projekt jest współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego.