کشف راهی برای شکست مقاومت آنتی‌بیوتیکی توسط دانشمندان

چالش سوپر باکتری‌ها در پزشکی مدرن

سوپر باکتری‌ها، که به باکتری‌هایی اطلاق می‌شود که نسبت به چندین آنتی‌بیوتیک مقاوم هستند، چالشی بزرگ 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 ساختار باکتریایی که باعث سازگاری با آنتی‌بیوتیک‌ها می‌شود، شناسایی کردند. 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 تحولی در پزشکی ایجاد کرده‌اند و به ما این امکان را داده‌اند که به راحتی با عفونت‌های باکتریایی مقابله کنیم. با این حال، با اختراع آنتی‌بیوتیک‌ها، ما همچنین وارد یک مسابقه تسلیحاتی بی‌پایان با باکتری‌ها شده‌ایم. باکتری‌ها به سرعت به داروها سازگار می‌شوند و بسیاری از درمان‌های موجود را بی‌اثر می‌کنند. این باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، که اغلب به آن‌ها “سوپر باکتری” گفته می‌شود، تهدیدی جدی برای بیماران مبتلا به بیماری‌های مزمن و سیستم ایمنی ضعیف به شمار می‌روند.

پروفسور میکائیل شلیرف، رهبر گروه تحقیقاتی در B CUBE، TU Dresden و سرپرست این مطالعه می‌گوید: “ما به جای توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید، 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 برای توسعه استراتژی‌های مقابله‌ای فراهم می‌کند.

ابزار ژنتیکی در عمل

پروفسور دیدیه مازل، رهبر گروه تحقیقاتی در مؤسسه پاستور در پاریس، که گروهش 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 شامل تبادل ژن‌ها، از جمله ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک است.” سیستم اینترون مانند یک جعبه ابزار عمل می‌کند و به باکتری‌ها این امکان را می‌دهد که ژن‌های مقاومت را با نسل‌های خود و سلول‌های همسایه به اشتراک بگذارند و ذخیره کنند. این سیستم از طریق یک مکانیزم “برش و چسباندن” مولکولی که توسط پروتئین‌های خاصی به نام رکومبینازها هدایت می‌شود، عمل می‌کند.

سیستم اینترون به طور گسترده‌ای 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 تفاوت در تنوع توالی‌های DNA در قلب این تفاوت قرار دارد. “توالی‌های داخل سیستم اینترون با موهای DNA خاصی احاطه شده‌اند.”

تحلیل عملکرد پروتئین‌های بازترکیب در DNA

این پروتئین‌ها به این نام شناخته می‌شوند زیرا دقیقاً شبیه به سنجاق‌های کوچک U شکل هستند که از DNA بیرون زده‌اند. پروفسور مازل توضیح می‌دهد: “پروتئین‌های بازترکیب به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به این سنجاق‌های مو متصل شوند و یک کمپلکس تشکیل دهند که می‌تواند یک قطعه را برش داده و قطعه‌ای دیگر را جایگزین کند.”

گروه شلیرف از یک تجهیزات میکروسکوپی پیشرفته برای مطالعه قدرت اتصال پروتئین‌های بازترکیب به توالی‌های مختلف سنجاق‌های مو در DNA استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که کمپلکس‌هایی که دارای اتصال قوی‌تری بین پروتئین و DNA هستند، همچنین کارآمدترین‌ها در به‌دست آوردن ژن‌های مقاومت می‌باشند.

استفاده از نیرو

با استفاده از یک تکنیک میکروسکوپی پیشرفته به نام چنگک‌های نوری، گروه شلیرف نیروهای کوچکی را که برای جدا کردن کمپلکس‌های پروتئین-DNA نیاز است، اندازه‌گیری کردند. دکتر اکاترینا ورابوفسکایا، یکی از دانشمندان آزمایشگاه شلیرف که این پروژه را انجام داده است، می‌گوید: “با چنگک‌های نوری، ما از نور استفاده می‌کنیم تا به نوعی یک رشته DNA را از هر دو طرف بگیریم و آن را جدا کنیم. این را می‌توان به عنوان کشیدن یک رشته برای باز کردن یک گره تصور کرد.”

این گروه یک ارتباط واضح بین نیروی لازم برای جدا کردن یک کمپلکس پروتئین-DNA و کارایی ماشین‌آلات برش و چسباندن مشاهده کردند. دکتر ورابوفسکایا اضافه می‌کند: “اگر شما یک کمپلکس دارید که به شدت به DNA متصل است، می‌تواند کار خود را به خوبی انجام دهد. DNA را برش داده و یک ژن مقاومت جدید را بسیار سریع جایگزین کند. از طرف دیگر، اگر یک کمپلکس پروتئین-DNA نسبتاً ضعیف باشد و همواره از هم بپاشد، باید بارها و بارها دوباره سرهم شود. به همین دلیل است که برخی از باکتری‌ها سریع‌تر از دیگران به مقاومت آنتی‌بیوتیکی دست می‌یابند.”

استفاده از نقاط ضعف

پروفسور شلیرف می‌گوید: “سیستم اینتگرون توسط میکروبیولوژیست‌ها برای دهه‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. آنچه ما به این موضوع اضافه می‌کنیم، داده‌های بیوفیزیکی و توضیحات رفتار این سیستم با استفاده از فیزیک است.” او اضافه می‌کند: “شاید این آسیب‌پذیری در برابر نیرو یک پدیده عمومی‌تر برای کارایی‌های متغیر در زیست‌شناسی باشد.”

دانشمندان معتقدند که این ضعف در سیستم می‌تواند برای توسعه درمان‌های مکملی که از کمپلکس‌های ناپایدار DNA-پروتئین بهره‌برداری می‌کند، مورد استفاده قرار گیرد. این درمان‌ها می‌توانند همراه با آنتی‌بیوتیک‌های موجود باشند و به آن‌ها یک مزیت زمانی اضافی در برابر باکتری‌ها بدهند.