Keď sa v lekárnictve objavil penicilín, antibiotiká sa stali jedným z najdôležitejších medicínskych objavov 20. storočia. Baktérie sa však proti nim začali brániť takmer okamžite. Dnes, keď je rezistencia voči antibiotikám vážnym globálnym zdravotným problémom, sa pozornosť obracia na starobylú zbraň, ktorú si cicavce vyvinuli dávno predtým, než vznikla moderná medicína.
160-million-year-old proteins show surprising power against superbugs.
Tím z University of Oregon zrekonštruoval antimikrobiálne peptidy, ktoré patrili predkom dnešných cicavcov. Niektoré z týchto dávno zaniknutých molekúl boli v laboratórnych testoch účinnejšie proti baktériám odolným voči liekom než ich súčasné ľudské verzie. Výskum vyšiel 25. augusta v časopise PLOS Biology.
Antimikrobiálne peptidy sú krátke úseky bielkovín, ktoré telo používa ako prvú líniu obrany proti patogénom. Dokážu poškodiť bakteriálnu membránu a vytvoriť v nej otvory, ktoré bunku roztrhnú. Jeden takýto peptid nesie aj laktoferín, bielkovina prítomná takmer vo všetkých telesných tekutinách okrem krvi – v materskom mlieku, slzách, slinách, hliene či črevnom hliene. Laktoferín zároveň viaže železo, ktoré baktérie potrebujú na prežitie, a tým im ho odoberá.
Vedci sa zamerali na otázku, kedy a ako táto obranná schopnosť vznikla. Blízki príbuzní laktoferínu totiž túto schopnosť ničiť baktérie nemajú. To naznačuje, že sa vyvinula až po vzniku samotného laktoferínu počas evolúcie cicavcov. Aby zistili kedy, tím vystopoval evolučnú históriu laktoferínu a zrekonštruoval jeho verzie patriace vyhynutým predkom.
„Evolúcia je v podstate miliardy rokov starý vedecký experiment,“ povedal Matt Barber, vedúci autor štúdie a evolučný biológ z UO College of Arts and Sciences. „Vidíme výsledky toho, čo fungovalo a čo nie. Keď sa pozriete, ako sa vlastnosti prirodzene vytvárajú a vyberajú evolúciou, môžete získať informácie, ktoré sa dajú použiť pri navrhovaní nových antimikrobiálnych nástrojov.“
Hlavná autorka Titas Sil najprv porovnala gény laktoferínu u žijúcich druhov, ako sú ľudia a kravy. Potom zmapovala ich evolučné vzťahy a pomocou štatistických metód odhadla najpravdepodobnejšie genetické sekvencie ich spoločných predkov. Takto sa dostala približne 160 miliónov rokov do minulosti, na koniec jury, keď žil spoločný predok všetkých placentálnych cicavcov. Táto metóda sa nazýva rekonštrukcia predkovských sekvencií.
Sil syntetizovala predpokladané gény a pomocou buniek vyrobila rekonštruované starobylé bielkoviny. Následne ich testovala proti niekoľkým patogénom spojeným s ľudskými ochoreniami, vrátane Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Escherichia coli a Streptococcus. Najstaršie oživené peptidy dokázali narušiť bakteriálne membrány, ale baktérie škody zjavne opravili a expozíciu prežili. Verzie z novších predkov, staré niekoľko miliónov rokov, boli postupne účinnejšie. V niektorých prípadoch pôsobili lepšie než zodpovedajúce moderné ľudské peptidy.
Prečo je malá zmena taká silná
Vedci zistili, že za výrazne vyššiu účinnosť môže prekvapivo malý štrukturálny rozdiel. Stačila jediná mutácia v reťazci aminokyselín, aby sa antimikrobiálny peptid stal podstatne účinnejším. „Prekvapilo nás, aké veľké účinky môžu mať malé zmeny v týchto doménach,“ uviedol Barber. Pripomenul, že klinické štúdie už skúšali deriváty ľudských laktoferínových peptidov proti infekciám. „Ale v niekoľkých prípadoch Sil ukázala, že nepotrebujete veľa zmien, aby evolúcia zvýšila aktivitu týchto peptidov nad úroveň ľudských verzií.“
160-million-year-old proteins show surprising power against superbugs.
Barber a Sil zdôrazňujú, že oživené antimikrobiálne peptidy sa pravdepodobne čoskoro nestanú novými liekmi. Na rozdiel od bežných antibiotík sú tieto peptidy menej štrukturálne stabilné a v tele sa rýchlo rozkladajú. Napriek tomu môže rekonštrukcia ich evolučnej histórie odhaliť užitočné stratégie pre navrhovanie budúcich liečebných postupov. Keď vedci pochopia, ako sa antimikrobiálne peptidy po milióny rokov menili, môžu vytvoriť nové prístupy, ktoré patogénom sťažia vývoj rezistencie.
160-million-year-old proteins show surprising power against superbugs.
„Podobne ako pri antibiotikách, aj proti antimikrobiálnym peptidom budú patogény schopné vyvinúť rezistenciu,“ povedal Barber. „Ale ak pochopíme a dokážeme predpovedať, ako sa voči týmto molekulám stávajú odolnými, môžeme nádejne nájsť lepšie spôsoby, ako na ne cieliť, alebo vyvinúť kombinované liečby, ktoré lepšie obchádzajú rezistenciu.“ Práve preto je dôležité poznať evolučnú históriu týchto peptidov – odhaľuje, aké zmeny viedli k účinnosti a aké cesty naopak zlyhali.
160-million-year-old proteins show surprising power against superbugs.
Výskum ukázal, že oživené peptidy účinkujú v laboratórnych podmienkach, no stále nie je jasné, ako by sa správali v ľudskom tele. Ich nestabilita a rýchly rozklad predstavujú prekážku, ktorú bude potrebné vyriešiť, ak by sa mali stať základom liečby. Rovnako nie je známe, či by sa dali upraviť tak, aby zostali účinné dostatočne dlho a zároveň boli bezpečné pre pacienta. Tieto otázky presahujú rámec samotnej štúdie a vyžadujú ďalší výskum.
160-million-year-old proteins show surprising power against superbugs.
Objav ukazuje, že evolučná minulosť môže byť zdrojom inšpirácie pre modernú medicínu. Rekonštrukcia dávno zaniknutých bielkovín nie je len technickou kuriozitou – poskytuje pohľad na to, ako sa príroda po milióny rokov vysporadúvala s patogénmi. Ak sa podarí preniesť tieto poznatky do praxe, mohli by doplniť alebo nahradiť antibiotiká, ktoré prestávajú fungovať. Výskum financovali National Institutes of Health a materiál poskytla University of Oregon, pôvodný text napísala Leila Okahata.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
