Új remény: megtalálták a rengeteg ember haláláért felelős, agresszív kórokozót

Egy eddig ismeretlen struktúrát találtak a kórházi bélfertőzések többségéért felelős Clostridioides difficile baktériumban. A ferroszómának nevezett képlet nemcsak biológiai érdekesség – baktériumokban nem szoktak sejtszervecskék lenni –, de új antibiotikumok támadáspontjául is szolgálhat.

A kórházi fertőzések egyik tipikus kórokozójaként ismert Clostridioides difficile baktériumban vasraktározó gömböcskéket találtak, amelyek új célpontot kínálhatnak az antibiotikum-fejlesztés számára. A Vanderbilt University Medical Center kutatócsoportja megállapította, hogy a ferroszómáknak nevezett gömböcskéket a baktérium hozza létre a saját sejtjén belül, és ezek a képletek az állatkísérletek tanúsága szerint fontos szerepet játszanak a fertőzés folyamatában.

A Nature folyóiratban közzétett eredmények további különlegessége az, hogy kórokozó baktériumokban ritkának számítanak a membránnal határolt sejten belüli szerkezetek.

Megdől a biológia egyik alaptétele?

A baktériumokról hagyományosan az a kép él, hogy nem tartalmaznak ún. sejtszervecskéket, vagyis a sejthártyához hasonló biológiai membránnal határolt, bizonyos feladatok ellátására specializált sejten belüli képleteket, mint amilyenek a mi sejtjeinkben a sejtmag vagy a mitokondriumok. Ez a biológiai tétel azonban megdőlni látszik.

Fokozatosan kibontakozik egy olyan nézet, hogy az eukarióta sejtekhez hasonlóan a baktériumok is kompartmentalizálják, vagyis elkülönített terekbe zárják a biokémiai folyamataikat, és ez eléggé a feje tetejére állítja a korábbi mikrobiológiát"

– magyarázza Eric Skaar, a Vanderbilt Egyetem fertőzésekkel, immunológiával és gyulladással foglalkozó kutatóintézetének igazgatója, aki Qianjun Zhou sejt- és fejlődésbiológussal együtt a cikk levelező szerzője.

Skaar, Zhou és munkatársaik azoknak a pár éve megjelent híradásoknak a nyomán indultak el, melyek szerint egyes környezeti baktériumok vastartalmú ferroszómákat képeznek a sejtjeikben. Tudták, hogy ezeknek a baktériumoknak bizonyos génjei a C. difficilében és más anaerob – oxigéntől elzárt helyen élő – baktériumokban is megőrződtek, így elhatározták, hogy saját szemükkel győződnek meg arról, vajon a C. difficile és létrehoz-e ferroszómákat a saját vasigényének biztosítása céljából. Mint minden élőlénynek, a C. difficilének is szüksége van vasra a túléléshez és a növekedéshez. Skaar és kutatócsoportja azt akarták közelebbről megvizsgálni, hogy a C. difficile és a hozzá hasonló kórokozók hogyan szerzik be a vasat és az egyéb fémionokat, s ezzel a tudással felvértezve arra kerestek megoldást, miként lehetne e nélkülözhetetlen tápanyagok felvételének blokkolásával a kórokozókat kiéheztetni.

A Clostridioides difficile lehet az első baktérium, amelyben sejtszervecskét azonosítottak Forrás: Science Photo Library via AFP/Jennifer Oosthuizen/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Jennifer Oosthuizen/Science Phot

Több tízezer áldozat évente

A C. difficile az USA járványügyi hivatalának nyilvántartása szerint egyedül az Egyesült Államokban félmillió fertőzést és 29 ezer halálesetet okoz évente, a kezelési lehetőségek pedig nagyon korlátozottak. Minden antibiotikum-kúra felborítja a bél mikrobiomjának egészséges egyensúlyát, és fokozza a hasmenést és bélgyulladást okozó C. difficile megtelepedésének esélyét. Skaar hangsúlyozta: sürgősen szükségünk lenne újfajta megközelítésekre ennek a közegészségügyi kockázatnak az elhárítására.

A vas, amely nélkül nem tudna a baktérium rombolni

Ahhoz, hogy felkutassák a vasat a C. difficile sejtjének belsejében, Skaar csoportjának tagjai a Vanderbilt Institute of Nanoscale Science and Engineering (VINSE) kollégáinak szakértelmét és eszközparkját vették igénybe. „A legjobb módszer arra, hogy egy kis helyen, mint egy sejt belseje, valamilyen elem felhalmozódását vizsgáljuk, a STEM-EDS-nek nevezett eljárás. Ezt viszont nem nagyon szokás biológiai minták esetében használni – meséli Skaar. – Nagy szerencsénk volt, hogy a VINSE-nél hozzáférhettünk egy ilyen berendezéshez, és segítségül hívhattuk ottani együttműködő partnereinket, így hamar bizonyítani tudtuk, hogy a vas apró, pontszerű felhalmozódásokat mutat a baktérium belsejében."

A kísérleteket, amelyek igazolták, hogy e vaspöttyök valójában a C. difficile fertőzőképessége szempontjából fontos sejtszervecskék, a közlemény megosztott első szerzői, Hualiang Pi és Rong Sun végezték. Skaar csoportjával együttműködve Pi felfedezte, hogy a környezeti baktériumokban találhatóakhoz hasonlatos két gén, a fezA és a fezB szükséges a ferroszómák létrejöttéhez. Miután kialakítottak egy C. difficile törzset, amelyből hiányoznak ezek a gének, igazolták, hogy ferroszómák nélkül a baktérium állatkísérletes modellben képtelen teljesen megtelepedni és betegséget okozni. A ferroszómák még inkább nélkülözhetetlennek bizonyultak a C. difficile okozta fertőzés szempontjából a gyulladásos bélbetegség állatmodelljében. A kutatók megmutatták, hogy e vasraktározó képletek segítik a baktériumot az ún. tápanyagimmunitás leküzdésében. A tápanyagimmunitás a gazdaszervezet védekező válasza, melynek során vaskötő fehérjékkel próbálja meg elvonni a kórokozótól a számára szükséges vasionokat.

Sun és Zhou csapata kriogén elektronmikroszkópiás és kriotomográfiás technikával igazolta, hogy a ferroszómák membrán határolta struktúrák, s ennek alapján jogos őket sejtszervecskének tekinteni.

Skaar megjegyezte: kutatásuk megvalósulását a Vanderbilt „egyedülálló térbeli elhelyezkedése" – a mérnökök, sejtbiológusok és az orvosi centrum közelsége --, valamint a STEM-EDS és a krioelektronmikroszkópia elérhetősége tette lehetővé.

A baktérium (zöld) és a benne lévő vas (pirossal jelölve) Forrás: James McBride/Vanderbilt University

Új gyógyszerek jöhetnek

Az eredmények nyomán „a ferroszómaképzés, valamint az ebben részt vevő összes tényező potenciális új célpontként jelenik meg e fontos fertőző betegség elleni küzdelemben – szögezte le Skaar. – Valahányszor a gazda-kórokozó kölcsönhatásban szereplő új faktorokat azonosítunk, és bizonyítjuk, hogy ezek lényegesek a fertőzés szempontjából, teljesen új lehetőségeket nyitunk meg az antibakteriális gyógyszerek olyan osztályai előtt, amelyek korábban nem is léteztek. Ez különösen lényeges a baktériumellenes szerekkel szemben ellenálló kórokozók világszerte tapasztalható térfoglalása fényében."

A kutatók a továbbiakban azt szeretnék tisztázni, miként képződnek a ferroszómák, vajon más bélkórokozók is képeznek-e ilyeneket, és vajon a bélbaktériumok osztozkodnak-e egymással a ferroszómákon mint vasforráson.

Skaar különösen izgalmasnak tartja a bakteriális sejtszervecskék friss kutatási területének további felderítését. „Úgy véljük, tanulmányunk ritkaságszámba megy azzal, hogy egy kórokozó baktériumban mutatunk be egy sejtszervecskét – hangsúlyozta. – Most azt kívánjuk megvizsgálni, hogy a számunkra érdekes baktériumokban előfordulnak-e másfajta sejten belüli kompartmentek, mert ebből sokat tanulhatnánk arról, miként szervezik ezek a baktériumsejtek a különböző élettani folyamataikat."