Επιστήμονες εντόπισαν την «αχίλλειο πτέρνα» ορισμένων θανατηφόρων εντερικών βακτηρίων

Επιστήμονες εντόπισαν μια κοινή ευπάθεια σε ορισμένα από τα πιο επικίνδυνα βακτήρια που προκαλούν διάρροια, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη ενός εμβολίου που θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα. Η ερευνητική ομάδα εντόπισε αυτή την κοινή ευπάθεια σε βακτήρια όπως το E. coli και η Shigella, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη ενός συνδυαστικού εμβολίου κατά αυτών των παθογόνων.

Τα δύο αυτά βακτήρια προκαλούν εκατοντάδες εκατομμύρια λοιμώξεις παγκοσμίως κάθε χρόνο και συγκαταλέγονται στις κυριότερες αιτίες θανατηφόρου διάρροιας, ιδιαίτερα στα παιδιά. Παρά τις δεκαετίες έρευνας, δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί αποτελεσματικό εμβόλιο για τα δύο αυτά παθογόνα. Ένα από τα βασικά εμπόδια είναι ότι τα βακτηριακά χαρακτηριστικά που συνήθως αποτελούν στόχο των εμβολίων διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των στελεχών.

Κοινή ευπάθεια

Η ερευνητική ομάδα του WashU Medicine, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι και το Διεθνές Κέντρο Έρευνας για τις Διαρροϊκές Νόσους στο Μπαγκλαντές, διαπίστωσε ότι το εντεροτοξινογόνο E. coli –η κυριότερη αιτία της «διάρροιας των ταξιδιωτών»–η Shigella και αρκετά ακόμη παθογόνα, εξαρτώνται από τρία στενά συγγενικά ένζυμα για να διαπεράσουν το προστατευτικό στρώμα βλέννας του εντέρου και να προκαλέσουν λοίμωξη.

Χρησιμοποιώντας δείγματα από ασθενείς αλλά και εθελοντές που είχαν εκτεθεί στα δύο βακτήρια, οι ερευνητές έδειξαν ότι αντισώματα τα οποία αναγνωρίζουν μια κοινή περιοχή αυτών των ενζύμων, μπορούν να εξουδετερώσουν και τα τρία. Με την αναστολή της δράσης των ενζύμων, τα αντισώματα εμποδίζουν τα βακτήρια να διαπεράσουν τον βλεννώδη φραγμό του εντέρου.

Πώς παραβιάζουν την άμυνα του οργανισμού τα βακτήρια

Για να προκαλέσουν νόσο, τα εντερικά παθογόνα πρέπει πρώτα να διαπεράσουν το παχύ στρώμα βλέννας που καλύπτει το εσωτερικό του εντέρου. Η βλέννα αυτή λειτουργεί ως φυσικός φραγμός, αποτρέποντας τα επιβλαβή μικρόβια από το να φτάσουν στους ιστούς του εντέρου, ενώ συμβάλλει και στη ρύθμιση της φυσιολογικής μικροβιακής χλωρίδας.

Σύμφωνα με τον καθηγητή και συν-επικεφαλής της μελέτης Τζέιμς Μ. Φλέκενσταϊν, αυτό το αρχικό στάδιο της λοίμωξης αποτελεί ιδανικό σημείο παρέμβασης, καθώς μπορεί να αποτραπεί η λοίμωξη χωρίς να επηρεαστούν τα ωφέλιμα βακτήρια. Τα δύο παθογόνα E. coli και Shigella χρησιμοποιούν παρόμοια ένζυμα για να διασπούν τις πρωτεΐνες που δίνουν δομή στη βλέννα. Αφού διαπεράσουν αυτό το προστατευτικό στρώμα, απελευθερώνουν τοξίνες που προκαλούν διάρροια.

Προηγούμενη έρευνα του εργαστηρίου του Φλέκενσταϊν είχε εντοπίσει το ένζυμο EatA σε E. coli, το οποίο διασπά βασικό δομικό συστατικό της εντερικής βλέννας. Η νέα μελέτη αποκάλυψε ότι δύο ακόμη παρόμοια ένζυμα, τα SepA και Pic, που παράγει η Shigella και άλλα βακτήρια, επιτελούν την ίδια λειτουργία.

Αντισώματα που εξουδετερώνουν πολλά παθογόνα

Οι ερευνητές απομόνωσαν αντισώματα από ασθενείς στο Μπαγκλαντές που είχαν μολυνθεί φυσικά από ETEC, καθώς και από εθελοντές που συμμετείχαν σε ελεγχόμενες μελέτες έκθεσης στο βακτήριο. Διαπίστωσαν ότι τα αντισώματα που μπλοκάρουν το ένζυμο EatA εξουδετερώνουν επίσης τα SepA και Pic.

Για να κατανοήσουν καλύτερα τον μηχανισμό, επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Μιζούρι χρησιμοποίησαν κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία (cryo-EM), μια τεχνική που επιτρέπει την απεικόνιση μορίων σε εξαιρετικά υψηλή ανάλυση. Η ανάλυση έδειξε ότι τα αποτελεσματικότερα αντισώματα προσδένονται σε μια κοινή περιοχή και των τριών ενζύμων. Έτσι εξηγείται πώς ένα μόνο αντίσωμα μπορεί να αδρανοποιεί τον μηχανισμό με τον οποίο διαφορετικά παθογόνα διασπούν τη βλέννα του εντέρου. Η ανακάλυψη αυτή προσφέρει έναν σαφή στόχο για την ανάπτυξη νέων εμβολίων.

«Η μελέτη καθιερώνει το EatA ως έναν αξιόπιστο υποψήφιο στόχο εμβολίου, ικανό να προσφέρει προστασία έναντι πολλών παθογόνων», δήλωσε ο Ζάκαρι Μπέρντσεν, επίκουρος καθηγητής Βιοχημείας στο Πανεπιστήμιο του Μιζούρι.

Τι έδειξαν μελέτες σε παιδιά στο Μπαγκλαντές

Τα νέα ευρήματα βασίζονται και σε προηγούμενες μελέτες σε παιδιά στην Ντάκα του Μπαγκλαντές, οι οποίες είχαν δείξει ότι όσα ανέπτυσσαν φυσικά αντισώματα κατά του EatA εμφάνιζαν μικρότερη πιθανότητα να νοσήσουν, ενώ όσα δεν διέθεταν τέτοια αντισώματα διέτρεχαν αυξημένο κίνδυνο λοίμωξης.

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η ανάγκη για αποτελεσματικά εμβόλια δεν αφορά μόνο τις αναπτυσσόμενες χώρες. Το E. coli έχει συνδεθεί και με μεγάλες τροφιμογενείς επιδημίες στις Ηνωμένες Πολιτείες, ενώ συχνά δεν διαγιγνώσκεται επειδή είναι δύσκολο να διακριθεί εργαστηριακά από τα αβλαβή στελέχη του βακτηρίου.

Παράλληλα, η εκτεταμένη χρήση αντιβιοτικών για την αντιμετώπιση αυτών των λοιμώξεων συμβάλλει στην εξάπλωση της μικροβιακής αντοχής στα αντιβιοτικά, ένα πρόβλημα με παγκόσμιες διαστάσεις.

Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη ξεκινήσει τις διαδικασίες για την ανάπτυξη εμβολίων που θα βασίζονται στα νέα ευρήματα.

«Τα βακτήρια αυτά εξελίχθηκαν μαζί με τον άνθρωπο και έχουν γίνει εξαιρετικά αποτελεσματικά στο να παρακάμπτουν τις άμυνές μας», δήλωσε ο Φλέκενσταϊν. «Αν καταφέρουμε να μπλοκάρουμε αυτό το πρώτο βήμα, έχουμε την ευκαιρία να αποτρέψουμε τις λοιμώξεις πριν καν εγκατασταθούν στον οργανισμό», κατέληξε.

Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό «PNAS».

Πηγή: Science Daily