Znanstvenici sa sveučilišta Indiana otkrili su da izgradnja bičeva kojima se bakterije kreću može biti smrtonosna za samu bakteriju ako stanica ne uspije popraviti štetu koju taj proces nanosi njezinoj staničnoj stijenci.
Istraživači su proučavali bakteriju Bacillus subtilis i otkrili neočekivanu povezanost između pokretljivosti bakterija i održavanja stanične stijenke. Rezultati, objavljeni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, pokazuju da bi se ta ranjivost mogla iskoristiti u borbi protiv sve opasnijih bakterija otpornih na antibiotike. Rad je nastao u laboratoriju Daniela Kearnsa, a vodile su ga istraživačice Caroline Dunn i Kehinde Adebiyi.
Kako flagela stvara stres na staničnoj stijenci
Brojne bolesti uzrokuju bakterije poput E. coli, salmonele i listerije koje koriste flagelu za plivanje kroz tjelesne tekućine. Da bi izgradila taj rep, bakterija mora progurati niz dijelova kroz vlastitu staničnu stijenku, čvrstu mrežu od peptidoglikana. Ta ista stijenka meta je mnogih antibiotika, uključujući penicilin.
Znanstvenici su pretpostavljali da bakterije rješavaju problem jer stanična stijenka nije savršeno jednolična, već sadrži rupe različitih veličina. Dunn i Adebiyi odlučile su izravno testirati tu ideju uklanjanjem proteina PBP1 koji popravlja male pukotine u stijenci. Očekivale su da će manje zakrpa stvoriti više otvora kroz koje bi flagela lakše prošla. Umjesto toga dogodilo se nešto neočekivano — bakterije su počele masovno ginuti, a smrt je bila izravno povezana s izgradnjom flagela.
“Očekivale smo da će uklanjanje PBP1 učiniti sastavljanje flagela manje reguliranim, a ne smrtonosnim”, rekla je Dunn. “Gledati kako se stanice počinju raspadati čim je flagela izgrađena reklo nam je da smo otkrile nešto što dosad nije viđeno.”
Popravak sprječava samouništenje
Nizom genetskih eksperimenata tim je utvrdio uzrok. Kada se završi dio flagela nazvan kuka, on aktivira genetski prekidač koji pokreće enzime za razgradnju vlastite stanične stijenke bakterije. Dio tog razgradnog procesa pomaže flageli da se pravilno pozicionira i okreće, ali istovremeno stvara oštećenja koja PBP1 treba popraviti.
Bez PBP1, stijenka se razgrađuje brže nego što je stanica može obnoviti, pa se bakterija raspuca i ugine. Adebiyi ističe da je uzbudljivo to što struktura koju se obično povezuje samo s kretanjem može stvoriti ranjivost u staničnoj ovojnici. Nalazi pokazuju da su sastavljanje flagela i održavanje stanične stijenke puno povezaniji nego što se dosad mislilo.
Znanstvenici u radu zaključuju da flagela, koja se “normalno ne smatra utjecajnom na vijabilnost stanice”, može biti toksična za stanicu koja je gradi. To je snažan podsjetnik koliko toga još nije poznato o procesima koje znanstvenici proučavaju generacijama.
Novi put za antibiotike?
Implikacije nadilaze jednu bezazlenu bakteriju tla. Mnoge bakterije koje uzrokuju bolesti grade velike strukture koje moraju proći kroz staničnu stijenku na sličan način, uključujući alate koje neke koriste za ubrizgavanje otrova u ljudske stanice. Ako te strukture nose sličan skriveni rizik, razumijevanje načina na koji stanice upravljaju tim rizikom moglo bi pomoći u dizajnu lijekova koji ciljaju tu ranjivost.
Ovo otkriće dolazi u vrijeme kada je sve više bakterija otporno na postojeće antibiotike. No postavlja se pitanje koje istraživači tek trebaju odgovoriti: ako flagela može biti toksična za bakteriju, može li se ta toksičnost potaknuti na način koji neće štetiti ljudskim stanicama? Odgovor bi mogao otvoriti potpuno novu klasu antibakterijskih lijekova koji ne napadaju bakteriju izvana, nego je prisiljavaju da sama sebi presudi.