Hodíte antibiotiká na baktérie a očakávate, že zomrú – a nie, že ich budú pažravo hltať. Existujú však niektoré anomálie, ktoré paradoxne na to aby mohli existovať potrebujú antibiotiká jesť.
Teraz už vieme, ako to zvládajú. Vedci v USA a Európe určili trojstupňový proces, ktorý dovoľuje niektorým baktériam penicilín odzbrojiť a používať ho ako potravu.
Potom vytvorili bakteriálny kmeň, aby sa stal strojom na jedenie penicilínu.
Podľa spoluautora vedeckej štúdie a mikróbneho ekológa Gaudama Dantasova z Washingtonskej univerzity, „práca, ktorú sme publikovali 30. apríla 2018 v Nature Chemical Biology, by jedného dňa mohla pomôcť očistiť antibiotiká od odpadu z hospodárskych zvierat a poskytnúť chemikom nový nástroj na navrhovanie syntetických liekov.“
Nie je žiadnym tajomstvom, že dnes užívame antibiotiká – pomerne viac ako dosť.
Tiež je faktom, že proti rozširujúcim sa rezistentným baktériam musia chemici objavovať nové spôsoby ako ich zastaviť.
„Máme tendenciu premýšľať nad antibiotikami ako ľudským výtvorom,“ hovorí Roisin McMahonová, štrukturálna biologička, ktorá pracuje na objavovaní liekov na univerzite Griffith University.
„Ale niekedy zabúdame, že oni prekypli v okolitom prostredí a samozrejme, to je aj miesto, kde sme ich v prvom rade objavili – sú vyrábané prirodzenou cestou.“
Penicilín – prvé antibiotikum, ktoré bolo kedy objavené – je vo vede asi jednou z najznámejších a našťastnejších náhod.
Pred 90 rokmi škótsky lekár Alexander Fleming objavil penicilín, pričom k tomto objavu došlo z časti náhodou. O Flemingovi možno povedať, že bol tak trochu neporiadny. V laboratóriu mal neporiadok a po návrate z dovolenky si Fleming na neumytých miskách s kultiváciami všimol plesne. Jedna miska bola zaujímavá tým, že v okolí plesne sa baktérie nenachádzali, inými slovami povedané objavil pleseň ktorá ničí mikróby.
Ďaľšie mená, ktoré v príbehu o penicilíne vystupujú, sú Ernst Chain, britský biochemik a Howard Florey, austrálsky patológ na Oxfordskej univerzite, ktorý spolu s ďaľšími kolegami izolovali a vyčistili túto zlúčeninu – zastavujúcu baktérie produkované hubou – penicilín.
Smrteľnou „hlavicou“ molekuly penicilínu je tzv. „beta-laktám“. To oslabuje bunkovú stenu baktérií a spôsobí jej roztrhnutie.
Od objavení penicilínu chemici našli a vytvorili mnoho ďalších beta-laktámových antibiotík. A v reakcii na to si baktérie vyvinuli vlastnú rezistenciu.
Šťastná náhoda
Pred desiatimi rokmi profesor Dantas vedel málo o rezistencii voči antibiotikám, ale bol na hranici jeho vlastného náhodného objavu.
Neskôr ako postgraduálny vedec na Harvardskej univerzite, skúmal baktérie, ktoré by mohli rásť na rastlinných zlúčeninách a vyrábať biopalivá.
V jednom zo svojich experimentov potreboval spolu s vedcom Mortenom Sommerom negatívnu kontrolu – scenár, v ktorom by baktérie neprežili.
Preto uvažovali: čo je lepšie ako im dávať antibiotiká?
„K nášmu prekvapeniu tieto negatívne kontrolné baktérie nezomreli – prekvitali, niektoré dokonca LEPŠIE ako naše BIOPALIVOVÉ baktérie ,“ povedal profesor Dantas.
Neboli prvými, ktorí objavili baktérie, ktoré konzumujú antibiotiká. Niektoré kmene boli opísané už v šesťdesiatych rokoch minulého storočia.
Dvojica týmto publikovala prvý široký výskum o pôdnych baktériách, ktoré nielen že neotriasli antibiotiká, ale v ich prítomnosti prežili.
V ďaľších desiatich rokoch sa profesor Dantas pokúšal odhaliť triky baktérií. Napokon, s použitím štyroch kmeňov zo svojej postgraduálnej práce, sa mu to spoločne s kolegami podarilo.
Trojkrokový proces
Vezmite si penicilín. Je to dlhá molekula s letálnou beta-laktámovou oblasťou v strede.
Prvým krokom, ktorý antibiotiká musia urobiť, je odstránenie beta-laktámovej hlavice.
Špeciálny enzým – tým máme na mysli špeciálnu sadu molekulárnych nožníc – odstrihne jednu z beta-laktámových väzieb, takže zanecháva beta-laktámový štvorec visieť otvorený a nepotrebný.
Rovnaký trik používa celý rad baktérií rezistentných na antibiotiká – nie je to novinka.
Avšak baktérie, ktoré konzumujú antibiotiká, používajú iný enzým na rozštiepenie molekuly penicilínu na dve časti, s tým, že jednou polovica má nefunkčný beta-laktám a molekulu kyseliny fenyloctovej.
A práve kyselinu fenyloctovú baktérie napadajú s inou hromadou enzýmov, aby ju skonzumovali.
Aby si tento proces vedci potvrdili, profesor Dantas spoločne so svojim tímom vzali kmeň Escherichia coli, ktorý už mohol konzumovať kyselinu fenyloctovú a vložili gény, aby jej umožnil vykonať prvý a druhý krok.
Bingo! Skonštruovaná baktéria požierajúca antibiotiká bola na svete.
Mikrobiálna upratovacia čata
Otázkou teraz je, tak prečo vytvárať baktérie, ktoré zbavujú penicilín toho, čo ho robí zaujímavým a nie ponechať ho tak, aby aj naďalej bol pre baktérie nebezpečným?
„Je to preto, lebo teraz máte potenciál bioremediovať (urobiť bionápravu),“ povedal profesor Dantas.
„Jedným z veľkých problémov s používaním antibiotík, či už v nemocniciach alebo v poľnohospodárstve alebo v akvakultúre, je to, že akonáhle použijete antibiotikum, oni v blízkosti zotrvajú .“
Niektorí mikrobiológovia si myslia, že takto vzniká ich rezistencia, odpor: „Umožňujeme, aby tieto antibiotiká vošli do okolitého prostredia a aby počas ich cesty boli zvolené odolnejšie, rezistentnejšie anomálie (bug-y).“
Využitím sily tohto vytvoreného organizmu, ktorý vyraďuje antibiotiká, môžu poľnohospodári „vyčistiť“ všetky zvyšky živočíšneho odpadu.
Tvorcovia liekov by mohli vďaka tomuto objaviť aj užitočné enzýmy, povedal profesor Dantas.
Orežte kyselinu fenyloctovú z penicilínu a pripojte väčšiu molekulu, a môžete fyzicky blokovať baktérie z používania ich enzýmových nožníc na beta-laktám.
Objavenie nových enzýmov tiež môže chemikom umožniť lepšie vyrábať východiskové látky pre nové antibiotiká, čo môže byť nákladný proces, ako dodala Dr. McMahonová.
„Je to tak trochu ako preteky v zbrojení – vylepšujeme antibiotikum, baktérie sa stávajú odolnejšie, urobíme ďalšie nové kroky a tak to pokračuje ďalej.
„Ak niečo môže uľahčiť veci, je to len dobrá vec.“
Pre Roisin McMahonovú je práca tiež pripomenutím, že tieto mikróby existujú už milióny rokov.
Na tejto ceste niektoré začali vyrábať antibiotiká, zatiaľ čo iné nasadili obranu, ako napríklad hľadanie spôsobov, ako ich jesť.
„Baktérie majú svoj vlastný vzťah s antibiotikami, úplne nezávislý od toho, ako ich používame v nemocniciach,“ povedala Roisin.
„Používame antibiotiká proti baktériám, ale samozrejme, že s nimi žijeme oveľa dlhšie, ako máme.“
Zdroj: Originál tohto článku (bol upravený a doplnený) bol publikovaný v ABC News.
Iný článok na rovnakú tému „Ako baktérie konzumujú penicilín“ nájete tu.
