Przechytrzyć pneumokoki

Bakterie zwane pneumokokami szybko uodporniają się na szczepionki. Dr Rafał Mostowy szuka kombinacji genów, zwiększających prawdopodobieństwo pojawienia się nowych odmian pneumokoków, co w przyszłości poprawi skuteczność szczepionek przeciwko tym bakteriom.

Bakterie mogą pobierać DNA ze środowiska oraz wymieniać materiał genetyczny między sobą. W wyniku tego procesu, zwanego rekombinacją, mogą zyskiwać oporność na antybiotyki lub skutecznie opierać się działaniu szczepionek. Mimo iż proces rekombinacji został odkryty prawie sto lat temu, to dopiero dzięki sekwencjonowaniu DNA – metodzie pozwalającej odczytać kod genetyczny – zaczęliśmy zdobywać wiedzę na temat tego, jak często ten proces zachodzi i jak duże zmiany wywołuje.

Wykorzystując fragmenty DNA szczepów bakteryjnych naukowcy mogą stworzyć ewolucyjne drzewo genealogiczne, pokazujące, w którym momencie bakterie zdobyły nowe geny i jak wpłynęło to na ich ewolucję. Wiedza ta jest szczególnie przydatna w analizie bakterii chorobotwórczych, z którymi walczymy wykorzystując szczepienia. Dzięki sekwencjonowaniu możemy analizować ewolucję bakterii i w oparciu o te informacje próbować przewidywać, kiedy i gdzie pojawią się szczepy oporne na antybiotyki lub niewrażliwe na działanie szczepionek.

– Jeżeli chcemy przewidzieć jakiś proces, to dobrze byłoby wiedzieć, jaka była jego historia – mówi dr Rafał Mostowy, naukowiec pracujący na Imperial College of London. – Jeżeli potrafimy zrozumieć dokładnie, jak ten proces kształtował się przez miliony lat, możemy zgadywać, jak będzie wyglądał w przyszłości – dodaje.

Dr Mostowy prowadzi badania mające na celu wyjaśnienie, w jaki sposób rekombinacja DNA może wpłynąć na szybkie uodpornienie się pneumokoków na działanie szczepionek. Pneumokoki, czyli bakterie z gatunku Streptococcus pneumoniae, są główną przyczyną zapalenia płuc, ale powodują także zapalenie opon mózgowych i zapalenie ucha. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że nawet milion dzieci poniżej piątego roku życia może umierać co roku z powodu chorób wywołanych tym patogenem.

– W zachodniej Europie wprowadziliśmy szczepionki, które chronią dzieci. Problem polega głównie na tym, że bakteria ta jest niesłychanie różnorodna. Ma około stu różnych odmian i szczepionka nie chroni nas przeciwko wszystkim – mówi dr Mostowy. Dodatkowo naukowcy zauważyli, że bakterie mogą ewoluować, zmieniać swoją powierzchnię i dzięki temu stawać się nierozpoznawalnymi dla naszego układu odpornościowego. Jeśli zarazimy się nową formą pneumokoka, szczepienie nie uchroni nas przed chorobą. Zmiany te mają podłoże genetyczne i pojawiają się m.in. w wyniku rekombinacji.

– Moim celem z punktu widzenia medycznego jest próbować przewidzieć, czy istnieją geny, które mają większe prawdopodobieństwo pojawienia się i wykorzystanie tej wiedzy, by być jeden krok przed pneumokokiem. Musimy pamiętać, że gdy my próbujemy pozbyć się bakterii, to one próbują na to reagować. Szukają nowych rozwiązań, zaczynają się mieszać i tasować geny, znajdują nowe kombinacje, które pozwalają im przetrwać w naszym organizmie – wyjaśnia badacz.

Wyniki badań dr Mostowego opublikowane w zeszłym roku w „PLOS Genetics” pokazały m.in. że pneumokoki mogą zmieniać się w bardzo szybkim tempie. Analizy ewolucyjne różnych szczepów pokazały również, że bakterie przechodziły przez dwa rodzaje rekombinacji – mikro i makro. W ramach mikro rekombinacji bakterie regularnie wbudowywały w swój materiał genetyczny małe ilości nowego DNA. Nowe fragmenty, ze względu na swoją wielkość, nie wpływały znacząco na ich genom. Jednakże w przypadku rekombinacji makro, która występowała rzadziej, za to wiązała się z wbudowaniem dużej ilości nowego materiału genetycznego, wpływ na bakterie był dużo bardziej znaczący. Naukowcy spekulują, że to właśnie dzięki rekombinacji makro bakterie mogą zmieniać swoją powierzchnię i przez to skutecznie wymykać się szczepionkom oraz stawać się niewrażliwymi na działanie antybiotyków.

– Przede wszystkim chciałbym dobrze zrozumieć ogromną różnorodność bakteryjną i to, w jaki sposób wymieniają się one genami – podsumowuje swoją pracę dr Mostowy. – Obecnie dostępne szczepionki są skuteczne w zapobieganiu chorobom pneumokokowym i naprawdę warto szczepić naszych najmłodszych. Celem moich badań jest jeszcze lepsze zrozumienie, jak bakterie będą w przyszłości się zmieniać w odpowiedzi na te szczepionki tak, aby nie mogły nas niczym zaskoczyć. Ale w tym celu musimy poznać cały ocean różnorodności mikrobiologicznej, który w nas żyje. I m.in. nad tym będę pracować przez najbliższe kilka lat – mówi dr Mostowy.

Źródło: Serwis PAP Nauka w Polsce

Więcej: http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,404730,przechytrzyc-pneumokoki.html