Becsavarodik, úgy fertőz a kolerabaktérium

A súlyos, olykor halálos hasmenést okozó kolerabaktériumok támadáskor alakváltozáson mennek keresztül, hogy hatékonyabban hatoljanak be a bélfalba. Ennek az átalakulásnak a részleteit derítették most fel amerikai kutatók, akik szerint a folyamat blokkolásával megfékezhető lenne az életveszélyes fertőzés.

A Princeton Egyetem munkatársai felfedezték azt a fehérjét, amelynek segítségével a Vibrio cholerae, a kolera kórokozója fertőzés közben dugóhúzó alakúra csavarodik. Az alakváltoztatás feltehetőleg megkönnyíti a baktérium számára, hogy spirális mozgással áthatoljon a bélfalat borító sűrű nyálkarétegen.

Amint a kutatók a Cell című folyóiratban kifejtik, az általuk CrvA-nak elnevezett fehérje kifejeződésének összehangolása a baktériumok

„quorum sensing"-ként ismert képességén

alapul, melynek révén a baktériumsejtek érzékelik az őket körülvevő populáció sűrűségét. A V. cholerae esetében az információcserének az az eredménye, hogy a sejtek csoportosan és egyidejűleg megváltoztatják viselkedésüket a fertőzés koordinálása érdekében.

A felcsavarodás segíti a behatolást

Kísérleteik során a tudósok azt találták, hogy a V. cholerae sejtek felcsavarodva könnyebben verekszik át magukat egy sűrű gélrétegen. Ezzel együtt azt is megmutatták, hogy az egyenes pálcika alakú V. cholerae kevésbé hatékonyan fertőzi a gazdaszervezetet.

Pavel Fedotov festménye a kolerajárványról Forrás: abcgallery.com

A felfedezés jelentősége egyértelmű – mondta el Zemer Gitai, a Princeton molekulárisbiológia-professzora, a kutatás irányítója:

ha az alakváltoztatás kulcsfontosságú a V. cholerae fertőzőképessége szempontjából, akkor olyan koleraellenes kezeléseket lehetne kifejleszteni, amelyek vagy megakadályozzák a baktériumsejtek feltekeredését,

vagy oly módon változtatják meg a bélfal sajátosságait, hogy az ellenálljon a becsavarodott baktériumok inváziójának.

A feladat ma is rendkívül aktuális, hiszen a kolera milliókat betegít meg évente, közülük sok ezren bele is halnak a fertőzés következményeibe, leginkább a kiszáradásba. A betegség különösen ott szedi áldozatait, ahol a tiszta víz ritka kincs, így elsősorban a fejlődő világot, illetve a háború vagy természeti csapások sújtotta övezeteket fenyegeti.

A Vibrio cholerae nevű baktérium Forrás: AFP

Gátolni kell az alakváltozást

„Azt már tudjuk, hogy ha a V. cholerae-t meggátoljuk a felcsavarodásban, nem tudja olyan súlyosan megbetegíteni a kísérleti állatokat – ismételte meg Gitai. –

Ezért abban bízunk, hogy az alakváltozás megakadályozásával az emberi fertőzés súlyosságát is korlátozni tudjuk majd. Hogy ezt miként érhetjük el, azt még ki kell találnunk."

A kutatásból az derült ki, hogy a CrvA fehérjeszálai a baktériumsejt egyik oldalán sűrű polimert képeznek, amely lelassítja az érintett oldal növekedését. A másik oldal azonban továbbra is ugyanolyan gyorsan növekszik, ezért a sejt meghajlik. A CrvA kifejeződését a „quorum sensing" indítja be, és a populáció sűrűségének növekedésével arányosan nő. A baktériumok a quorum sensing segítségével figyelmeztetik egymást arra, hogy a környezetük megváltozott: elhagyták a vizes közeget, ahol a pálcikaalak az előnyösebb, és bekerültek a gazdaszervezet bélcsatornájába.

A fertőzés függ a kórokozó élettani folyamataitól

A kutatásból az az általános tanulság vonható le, hogy a baktériumok okozta fertőzések nagyban függhetnek a kórokozók élettani folyamataitól, illetve a környezetükkel való kölcsönhatásuktól – foglalta össze Thomas Bartlett, a Cell-közlemény szerzője. Nem véletlen, hogy a Vibrio nemzetség valamennyi olyan tagjában, amelyik felcsavarodásra képes – beleértve a nem kellően átsütött-átfőzött tengeri ételekben található, heves hányást okozó V. vulnificus-t is –, megtaláljuk a CrvA fehérjét. A baktériumokat éppúgy, mint minden más élőlényt, az evolúció olyan sajátos jegyekkel ruházta fel, amelyek a számukra ideális feltételek között elősegítik a fennmaradásukat és szaporodásukat.

Gitai kutatócsoportja 2014-ben állt elő azzal az eredménnyel, miszerint a Caulobacter crescentus nevű, tavakban és patakokban élő ártalmatlan baktérium mindaddig rejtélyes funkciójú csavart alakja arra szolgál, hogy

a baktériumsejtek jobban ellenálljanak a természetes élőhelyükre jellemző vízáramlásoknak.

„A V. cholerae és a Caulobacter eléggé különbözőek ahhoz, hogy jó okunk legyen azt gondolni: hasonló alakjuk független evolúciós utakon alakult. De a magyarázat mindkét esetben ugyanaz: a csavart alak segít nekik megbirkózni környezetük sajátos mechanikai feltételeivel. Ez sokat elárul a mikrovilágban uralkodó törvényekről; arról, hogy a baktériumok számára milyen feladatot jelent a fizikai környezetben való boldogulás, és hogy hasonló kihívásokra egymástól függetlenül hasonló megoldásokat talált az evolúció" – magyarázza Bartlett.

Kolerabeteg Forrás: AFP/Hector Retamal

Meggátolják a műkődésüket

Gitai kiemelte: a tudósok oly módon vehetik hasznát ezeknek a környezeti alkalmazkodásoknak, hogy olyan kezeléseket fejlesztenek ki, amelyek nem engedik a baktériumokat sikeresen működni a természetes közegükben. Ez a terápiás megközelítés segíthet megküzdeni az antibiotikum-rezisztens baktériumtörzsek egyre fenyegetőbb problémájával, ugyanis ahelyett, hogy a kórokozók elpusztítására törekedne – ami mindig magában hordozza az ellenálló változatok kitenyésztésének veszélyét –, életben hagyja őket, ugyanakkor legyengíti fertőzőképességüket.

A baktériumok alaki sokféleségének rejtélye azóta foglalkoztatja a biológusokat, amióta csak először megpillantották őket a mikroszkóp alatt.

A kérdés 300 éve nyitva áll: Antonie van Leeuwenhoek holland feltaláló, a mikrobiológia atyja ekkor csodálkozott rá elsőként a parányok világának formai változatosságára.

Alak és fertőzőképesség

„Ez a cikk végre elkezdett leásni a probléma gyökeréig – méltatta kollégái munkáját Nina Salama, a seattle-i Fred Hutchinson Cancer Research Center laborvezetője. – A szerzők meg is tették az első lépéseket a megoldás felé azzal, hogy feltették a kérdést: vajon ha beleavatkozunk a baktériumsejt alakjába, azzal befolyásoljuk a kórokozó megtelepedési és fertőzési képességét? A válasz egyértelmű igen.”

Kolerabeteget visznek Haitin a kórházba Forrás: AFP/Hector Retamal

Salama hozzáfűzte: a Princeton kutatóinak eredménye már csak azért is jelentős, mert a CrvA az első olyan, fonalszerű szerkezetet alkotó (filamentózus) fehérje, amelyről kiderül, hogy az ún. periplazmában, vagyis a V. cholerae és vele rokon Gram-negatív baktériumok külső és belső sejthártyája közti térben található. Más fonalas szerkezetű fehérjékről már korábban is ismert volt, hogy szerepet játszanak a baktériumok alakváltozásaiban, de ez az első olyan, amelyet a periplazmában azonosítottak. Terápiás szempontból ez azért kedvező, mert a periplazma jobban hozzáférhető, mint a baktériumsejt belseje.

Klinikai szemszögből kimondottan izgalmas, hogy a kolerabaktérium alakját szabályozó új faktor a periplazmában található"

– emelte ki Salama. – Ez új ötleteket adhat a gyógyszertervezéshez, és mindenképpen ígéretes terápiás célpontot jelent. Az persze lehetséges, hogy ha egyedül csak ezt támadjuk, azzal önmagában még nem változtathatjuk meg érdemben a betegség lefolyását, de antibiotikumokkal együtt adva bizonyára javítja majd a gyógyítás kilátásait.”