Μια ομάδα ερευνητών από την Ecole Polytechnique Federal de Lausanne με επικεφαλής τον Δρ. Vivek Thacker, τώρα επικεφαλής της ομάδας στο Τμήμα Λοιμωδών Νοσημάτων στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης, μελέτησε γιατί τα βακτήρια της φυματίωσης σχηματίζουν μακριές ίνες και πώς αυτό επηρεάζει τη μολυσματικότητά τους. Τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες θεραπείες και έχουν δημοσιευθεί στο περιοδικό Cell.
Ποια η αιτία της φυματίωσης;
Το Mycobacterium tuberculosis, ο αιτιολογικός παράγοντας της φυματίωσης, υπολογίζεται ότι προκαλεί 1,6 εκατομμύρια θανάτους παγκοσμίως κάθε χρόνο. Η έκβαση της λοίμωξης κυμαίνεται από ανάρρωση χωρίς ασθένεια έως χρόνια λοίμωξη με αδυνάτισμα και θάνατο. Αυτή η ευρεία μεταβλητότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ανοσολογική απόκριση του μολυσμένου ξενιστή. Η ανάλυση της αλληλεπίδρασης παθογόνου-ξενιστή είναι ένα κεντρικό ερευνητικό θέμα του Τμήματος Ιατρικής Μικροβιολογίας και Υγιεινής στο Τμήμα Λοιμωδών Νοσημάτων του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Χαϊδελβέργης (UKHD).
Είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό ότι το Mycobacterium tuberculosis παράγει παράγοντα λώρου, ο οποίος είναι σημαντικός για τις ιδιότητες πρόκλησης της νόσου του παθογόνου, τη μολυσματικότητα του και που οδηγεί επίσης σε μια ειδική συμπεριφορά ανάπτυξης: Το Mycobacterium tuberculosis μπορεί να παράγει πυκνά συσσωρευμένους κλώνους πολλών βακτηρίων που μπορούν να παρατηρηθούν με μικροσκόπιο φωτός. Ο τρόπος με τον οποίο αυτά τα νήματα ή κορδόνια συμβάλλουν στις παθογόνες ιδιότητες του Mycobacterium tuberculosis δεν ήταν ουσιαστικά κατανοητό μέχρι τώρα
Στην τρέχουσα εργασία, οι επιστήμονες με επικεφαλής τον Δρ Vivek Thacker, έχουν δημιουργήσει για πρώτη φορά μια σύνδεση μεταξύ αυτής της «μηχανικής» συμπεριφοράς ανάπτυξης και της βιολογίας των λοιμώξεων του Mycobacterium tuberculosis. Σε μια διεπιστημονική ερευνητική προσέγγιση, χρησιμοποίησαν μικροσκοπία ζωντανών κυττάρων και μοντέλα συνθετικών οργάνων (“πνεύμονας σε τσιπ”).
Οι βακτηριακοί κλώνοι συστέλλουν τον πυρήνα του κυττάρου
«Καταφέραμε να δείξουμε ότι η βακτηριακή συμπίεση οδηγεί στην αποθήκευση ενέργειας μέσω του παράγοντα καλωδίου στη μεμβράνη του παθογόνου», αναφέρει ο Thacker. «Αυτό επιτρέπει στα παθογόνα που έχουν προσληφθεί από φαγοκύτταρα στους πνεύμονες και που θα πρέπει να καταστραφούν να αναπτυχθούν σε κλώνους ακόμη και μέσα σε αυτά τα αμυντικά κύτταρα».
Η ομάδα του Δρ Vivek Thacker παρατήρησε ότι αυτή η ανάπτυξη συστέλλει και στραγγαλίζει τον πυρήνα του κυττάρου ξενιστή. Ως αποτέλεσμα, το κύτταρο ενεργοποιεί τους αμυντικούς μηχανισμούς σε μικρότερο βαθμό και ως εκ τούτου δεν μπορεί να περιέχει το παθογόνο. Επιπλέον, η άκαμπτη αρχιτεκτονική των κορδονιών έξω από τα κύτταρα οδηγεί στο να μπορεί το παθογόνο να εξαπλώνεται πιο εύκολα μεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων που επενδύουν τις κυψελίδες και σε άλλα όργανα του σώματος
Τέλος, η ερευνητική ομάδα παρατήρησε ότι τα βακτήρια σε τέτοια κορδόνια προστατεύονται από τις επιδράσεις των αντιβιοτικών και μπορούν να αναπτυχθούν ξανά μετά το τέλος της αντιβιοτικής θεραπείας.
Νέο ερευνητικό πεδίο «μηχανοπαθολογίας»
«Καταφέραμε να συνδέσουμε τη συμπεριφορά μηχανικής ανάπτυξης σε κυτταρικό επίπεδο με βιολογικές λειτουργίες», λέει ο Δρ Vivek Thacker. «Η μηχανοπαθολογία είναι ένα πολλά υποσχόμενο νέο πεδίο έρευνας».
Ορισμένες πτυχές αυτής της συμπεριφοράς μηχανικής ανάπτυξης θυμίζουν βιομεμβράνες που σχηματίζονται από άλλα σημαντικά παθογόνα μολυσματικών ασθενειών, όπως οι σταφυλόκοκκοι και οι ψευδομονάδες, τα οποία συμβάλλουν ομοίως στην έλλειψη ευαισθησίας στα αντιβιοτικά και στην αναστολή της άμυνας του ξενιστή. Η σύνδεση της συμπεριφοράς της φυσικής ανάπτυξης και της βιολογίας των λοιμώξεων είναι επομένως ένας εξαιρετικά ενδιαφέρων τομέας έρευνας που ίσως προσφέρει νέες γνώσεις για την ανάπτυξη των πολύ αναγκαίων θεραπειών.
«Είμαι ευχαριστημένος που με τον Δρ Vivek Thacker μπορέσαμε να προσελκύσουμε έναν εξαιρετικό επιστήμονα να εργαστεί εδώ στη Χαϊδελβέργη», λέει ο καθηγητής Δρ Alexander Dalpke, Ιατρικός Διευθυντής του Τμήματος Ιατρικής Μικροβιολογίας και Υγιεινής. «Ο Δρ Vivek Thacker συμπληρώνει ιδανικά την ερευνητική εστίαση του Ινστιτούτου και του Κέντρου Λοιμωδών Νοσημάτων. Ειδικότερα, στο πνεύμα του Ruperto Carola, χτίζει γέφυρες σε γειτονικούς ερευνητικούς τομείς. Η εξελιγμένη δουλειά του με μικροσκοπία ζωντανών κυττάρων και τα μοντέλα συνθετικών οργάνων είναι στραμμένη προς το μέλλον και ενισχύει τη λοιμώδη ιατρική στη Χαϊδελβέργη».