کشف راز شکست مکانیسم مقاومت آنتی‌بیوتیکی دانشمندان

چالش با باکتری‌های فوق‌مقاوم

باکتری‌های فوق‌مقاوم که به چندین آنتی‌بیوتیک مقاوم هستند، چالش بزرگی برای پزشکی مدرن به شمار می‌روند. محققان از مرکز مهندسی مولکولی B CUBE در دانشگاه فناوری درسدن و مؤسسه پاستور در پاریس، نقطه ضعفی در سیستم باکتریایی شناسایی کرده‌اند که باعث سازگاری با مقاومت آنتی‌بیوتیکی می‌شود. یافته‌های آن‌ها که در نشریه Science Advances منتشر شده است، می‌تواند راه را برای افزایش اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌های موجود هموار کند.

از زمان کشف پنی‌سیلین در سال ۱۹۲۸، آنتی‌بیوتیک‌ها پزشکی را متحول کرده و به ما این امکان را داده‌اند که به راحتی با عفونت‌های باکتریایی مقابله کنیم. اما با اختراع آنتی‌بیوتیک‌ها، وارد یک مسابقه تسلیحاتی بی‌پایان با باکتری‌ها شده‌ایم. آن‌ها به سرعت به داروها سازگار می‌شوند و بسیاری از درمان‌های موجود را بی‌اثر می‌کنند. این باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، که اغلب به عنوان “باکتری‌های فوق‌مقاوم” شناخته می‌شوند، تهدیدی جدی برای بیماران مبتلا به بیماری‌های مزمن و سیستم ایمنی ضعیف به شمار می‌روند.

تحقیقات برای درک سازگاری باکتری‌ها

پروفسور مایکل شلیرف، رئیس گروه تحقیقاتی در B CUBE، دانشگاه فناوری درسدن، می‌گوید: “به جای توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید، ما می‌خواستیم دقیقاً بفهمیم که باکتری‌ها چگونه مقاومت‌های خود را سازگار می‌کنند.” در این راستا، گروه‌ها کشف کردند که چرا برخی باکتری‌ها زمان بیشتری برای توسعه مقاومت به آنتی‌بیوتیک نیاز دارند، در حالی که دیگران بسیار سریع‌تر سازگار می‌شوند. یافته‌های آن‌ها امکانات جدیدی را برای توسعه استراتژی‌های مقابله‌ای فراهم می‌کند.

ابزار ژنتیکی در عمل

پروفسور دیدیه مازل، رئیس گروه تحقیقاتی در مؤسسه پاستور در پاریس که گروه او با تیم شلیرف همکاری کرده است، می‌گوید: “کار ما بر روی سیستم اینترون متمرکز است، که یک ابزار ژنتیکی است که باکتری‌ها برای سازگاری با محیط خود از آن استفاده می‌کنند و ژن‌ها، از جمله ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک را مبادله می‌کنند.” سیستم اینترون مانند یک جعبه‌ابزار عمل می‌کند و به باکتری‌ها اجازه می‌دهد تا ژن‌های مقاومت را با نسل‌های خود و سلول‌های همسایه به اشتراک بگذارند. این سیستم از طریق یک مکانیزم مولکولی “برش و چسباندن” که توسط پروتئین‌های خاصی به نام رکومبینازها هدایت می‌شود، عمل می‌کند.

سیستم اینترون به شدت مورد تحقیق قرار گرفته است. برخی باکتری‌ها بسیار سریع مقاومت جدیدی به دست می‌آورند و برای دیگران، این فرآیند زمان بیشتری می‌برد. مشخص شد که تنوع توالی‌های DNA در قلب این تفاوت قرار دارد. “توالی‌های داخل سیستم اینترون با موهای DNA خاصی احاطه شده‌اند.”

بررسی ساختار و عملکرد پروتئین‌های ترکیبی در DNA

این پروتئین‌ها به این نام خوانده می‌شوند زیرا دقیقاً شبیه به شکل U هستند که از DNA بیرون زده‌اند. پروتئین‌های ترکیبی برای اتصال به این ساختارهای موئی طراحی شده‌اند و یک مجموعه تشکیل می‌دهند که می‌تواند یک قطعه را برش دهد و قطعه‌ای دیگر را جایگزین کند،” پروفسور مازل توضیح می‌دهد.

مطالعه بر روی پیوند پروتئین و DNA

گروه شلیرف از تجهیزات میکروسکوپی پیشرفته‌ای برای بررسی قدرت پیوند پروتئین‌های ترکیبی با توالی‌های مختلف ساختار موئی DNA استفاده کردند. آن‌ها متوجه شدند که مجموعه‌هایی که بیشترین پیوند را بین پروتئین و DNA دارند، همچنین کارآمدترین در به دست آوردن ژن‌های مقاومت هستند.

استفاده از نیرو

با استفاده از یک تکنیک میکروسکوپی پیشرفته به نام چنگال‌های نوری، گروه شلیرف نیروهای کوچکی را که برای جدا کردن مجموعه‌های پروتئین-DNA لازم است، اندازه‌گیری کردند. “با چنگال‌های نوری، ما از نور برای گرفتن یک رشته DNA از هر دو طرف و کشیدن آن استفاده می‌کنیم. به نوعی می‌توان آن را مانند کشیدن یک رشته برای باز کردن یک گره تصور کرد،” دکتر اکتارینا ورابوفسکایا، یکی از دانشمندان آزمایشگاه شلیرف که این پروژه را انجام داده است، می‌گوید.

این گروه یک ارتباط واضح بین نیروی لازم برای جدا کردن یک مجموعه پروتئین-DNA و کارایی ماشین برش و چسباندن مشاهده کردند. “اگر شما یک مجموعه داشته باشید که به شدت به DNA متصل است، می‌تواند کارش را به خوبی انجام دهد. DNA را برش داده و یک ژن مقاومت جدید را به سرعت جایگزین کند. از سوی دیگر، اگر یک مجموعه پروتئین-DNA نسبتاً ضعیف باشد و مدام از هم بپاشد، باید بارها و بارها دوباره سرهم شود. به همین دلیل است که برخی باکتری‌ها سریع‌تر از دیگران به مقاومت آنتی‌بیوتیکی دست می‌یابند،” دکتر ورابوفسکایا اضافه می‌کند.

استفاده از نقاط ضعف

پروفسور شلیرف می‌گوید: “سیستم اینتگرون توسط میکروبیولوژیست‌ها برای دهه‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. آنچه ما به آن اضافه می‌کنیم، داده‌های بیوفیزیکی است که رفتار این سیستم را با فیزیک توضیح می‌دهد.” او اضافه می‌کند: “شاید این آسیب‌پذیری به نیرو یک پدیده عمومی‌تر برای کارایی‌های متغیر در زیست‌شناسی باشد.”

دانشمندان معتقدند که این ضعف در سیستم می‌تواند برای توسعه درمان‌های مکمل که از مجموعه‌های ناپایدار DNA-پروتئین بهره‌برداری می‌کنند یا آن‌ها را ایجاد می‌کنند، مورد استفاده قرار گیرد. این درمان‌ها می‌توانند به آنتی‌بیوتیک‌های موجود افزوده شوند و به آن‌ها یک مزیت زمانی اضافی در برابر باکتری‌ها بدهند.