Mineštra bakterijskih strupov in virusov
Pozdravljeno poslušalstvo v sveže skuhani vajeniški mineštri. V tokratno krepko zimsko juhico smo vmešali nekaj zelo nevarnih sestavin, ki nas bodo ohranjale pri zdravju čez preostanek zime. Skuhali smo pravcato bakterijsko in virusno granato. Ampak nič se ne bojte! V znanstveni redakciji mora biti vse pod kontrolo in tudi vsi virusi in bakterije niso škodljivi. Nekateri se prehranjujejo izključno z drugimi bakterijami. Predpriprava je obsegala prelet zgodovine zdravljenja bakterijskih okužb, da smo na podlagi ugotovljenega presodili, kaj vse se splača vmešati v krop. S polic smo s prahom vred v lonec pobrisali bakterijske viruse in mineštro začinili z bakterijskimi strupi. To bo zvarek, ki bo učinkoval proti še tako odpornim bakterijam. Pa začnimo s pokušino.
Če bi svet opazovali skozi lupo elektronske povečave, bi hitro spoznali, da mikrobni svet ne sestavljajo samo bakterije. V naravi so bakterije del širokega in kompleksnega spleta mikrobov, kjer nenehno tekmujejo za prostor, hrano in preživetje. V teh nevidnih ekosistemih ne konkurirajo le z drugimi bakterijskimi tekmeci, temveč tudi z bakterijskimi virusi – bakteriofagi. Da bi bolje razumeli mikrobno ekologijo, moramo zato najprej razumeti vlogo bakteriofagov.
Razumevanje odnosa med bakterijami in bakterijskimi virusi, ki bakterije okužujejo, pa je tudi ključnega pomena za iskanje drugačnih pristopov k zdravljenju bakterijskih okužb. Proučevanje bakteriofagov kot možno strategijo boja zoper bakterijske okužbe je danes znova aktualno, predvsem zaradi naraščajoče odpornosti bakterij na klasične antibiotike. Zato se zdi scenarij vrnitve v čas pred stotimi leti, ko so znanstveniki na vseh frontah mrzlično iskali orožje proti bakterijam, vse bolj verjeten. V tem tako imenovanem »predantibiotičnem« obdobju je bilo veliko znanstvenih upov položenih ravno v bakterijske viruse.
Prvo nepojasnjeno baktericidno aktivnost so angleški raziskovalci opazili že davnega leta 1896. Med raziskovalnimi odpravami na indijskih rekah Ganges in Jamuna so v zbranih rečnih izolatih med preštevanjem bakterijskih delcev odkrili nenadno zmanjšanje bakterijskega povzročitelja kolere. Zanimiv pojav so z uporabo istih izolatov rečne vode nato poustvarili tudi v laboratoriju. Ugotovili so, da je baktericidna aktivnost prehajala skozi porcelanaste filtre, ni pa prenesla višjih temperatur.
Čeprav so bili že zelo blizu dejanskemu odkritju bakterijskih virusov, pa je kljub temu minilo še približno dvajset let, preden so v pariškem laboratoriju prvič posumili, da bi bakterije v naravi lahko uničeval zelo majhen virusni parazit. Zasluge za odkritje bakteriofagov zato pripisujemo pariškemu znanstveniku s Pasteurjevega inštituta, ki je viruse izoliral s filtriranjem blata bolnikov s črevesno grižo. Za novoodkriti virus je s pomočjo svoje žene uvedel izraz »bakteriofag« ali v prevodu: požiralec bakterij. Izbira imena je odražala njuno upanje, da bosta z zdravilnimi pripravki iz bakteriofagov pohrustala nevarne bakterijske okužbe.
Odkritju je zelo kmalu sledila postopna komercializacija fagnih pripravkov, kot so na primer Bacté-coli-phage ali Bacté-intesti-phage, ki so obljubljali ozdravitev bakterijskih črevesnih okužb. Komercializacijo je vodilo francosko podjetje Robert et Carriere, ki ga je kasneje kupil kozmetični gigant L’oreal. Komercialni pripravki so dosegli tudi druge države zahodne Evrope in Ameriko, kjer so na prodajnih policah lahko izbirali med izdelki za zdravljenje različnih bakterijskih okužb, poleg črevesnih tudi okužb zgornjih dihal in gnojnih ran. Vendar se terapevtska uporaba fagov še zagnala ni, ko je v štiridesetih letih prejšnjega stoletja zaradi odkritja antibiotikov doživela svoj klavrni konec.
Zaradi delovanja na širok spekter bakterij in industriji prijazne proizvodnje je Zahod skoraj povsem stavil na eno samo strategijo boja proti bakterijam. V državah Sovjetske zveze pa so se kljub popularnosti antibiotikov še naprej ukvarjali z bolj raznolikimi, selektivnimi in občutljivimi pristopi – od bakteriofagov, ki bakterije po okužbi uničijo, do bakteriocinov, proteinskih molekul, ki jih proizvajajo bakterije same in delujejo zaviralno na druge bakterije. V Gruziji in na Poljskem so se tako z bakteriofagi in bakteriocini raziskovalne skupine mučile tudi dolgo po tem, ko jih je Zahod opustil, in veliko preden so se znova vrnili v njegov znanstveni fokus. Žal pa so bile Zahodu zaradi pomanjkanja prevoda raziskave v gruzijskem, poljskem in ruskem jeziku težje dostopne.
V bakterioloških arhivih se tako znova odprašujejo stare raziskave, zaskrbljeni bakteriologi pa poskušajo ugotoviti, ali je bilo morda kaj spregledano. Mi smo se za razliko od njih odločili začeti od začetka. Zanimalo nas je, kakšna je ekološka vloga bakterijskih virusov v mikrobnem okolju. Vajenke Znanstvene redakcije Radia Študent smo zato za pripravo svoje prve, okužene mineštre po sestavine zavile na Biotehniško fakulteto. V mikrobioloških laboratorijih smo izsledile doktorskega študenta Jako Jakina Lazarja, ki nam je skuhal nekaj definicij in razlag, da smo si lahko lažje predstavljale zapletene odnose mikrobnega sveta.
Čeprav si takšne številke težko predstavljamo, nam povedo nekaj zelo preprostega: bakteriofagi niso redkost, temveč najštevilčnejši biološki akterji na planetu. So povsod, kjer so bakterije: v vodi, tleh, zraku in tudi v naših telesih. So namreč najpomembnejši dejavnik pri uravnavanju bakterijskih populacij. Njihova številčnost pa ni naključje, njihovo razmnoževanje je učinkovito, ker lahko poteka na dva preprosta načina. Raziskovalec Jakin Lazar nam je pojasnil, kako se v okolju širijo tisti bakteriofagi, ki med razmnoževanjem uničijo gostiteljsko bakterijsko celico.
Horizontalni prenos faga je torej mogoč samo ob uničenju bakterijske celice. Takega razmnoževanja sta sposobni obe vrsti bakteriofagov, predvsem litični, vendar v določenih pogojih tudi lizogeni. Razmnoževanje litičnih bakteriofagov vedno vodi v razpad bakterijske celice in sprostitev novonastalih virusnih delcev v okolico. V tem so litični fagi podobni antibiotikom, saj so sposobni uničenja bakterij pri bakterijskih okužbah. Kaj pa lizogeni ali z drugo besedo temperentni bakteriofagi? Kakšen je njihov način širjenja in kako imenujemo tak način razmnoževanja, nam je pojasnil Jaka Jakin Lazar.
Klasični antibiotiki so terapevtsko vojno proti bakteriofagom zmagali zaradi vsote različnih dejavnikov: posamezen fag ima za tarčo zgolj ozek spekter bakterijskih sevov, medtem ko antibiotiki delujejo na širši nabor bakterij. Bakteriofagni pripravki zahtevajo tehnično zapleten postopek prečiščevanja, poleg tega pa so zelo občutljivi na okoljske dejavnike. Zaradi pomanjkljivega znanja o biologiji virusov so imeli mnogi znanstveniki težave tudi pri dokazovanju učinkovitosti bakteriofagne terapije, saj niso ločevali lizogenih od litičnih bakteriofagov. Lizogeni fagi so namreč pri uničevanju bakterij bistveno manj učinkoviti, saj smrt bakterijske celice nastopi le takrat, ko stresni dejavniki pri fagu sprožijo litični cikel njegovega razmnoževanja.
Ker lizogeni fagi navadno ne ubijejo svojega gostitelja, lahko po okužbi bakterijske celice z vgradnjo v bakterijski genom vanj vnesejo tudi gene, ki bakteriji omogočijo razvoj povsem novih lastnosti. Tak primer je na primer proizvodnja bakteriocinov. Sogovorca smo prosili, naj nam razloži, čemu služijo te molekule.
Litični bakteriofagi z okužbo bakterijske celice bakterijo uničijo. Lizogeni bakteriofagi pa lahko v genom bakterijske celice vnesejo navodila za proizvodnjo proteinov, ki delujejo zaviralno na bakterije v njeni ekološki niši. Obe vrsti bakteriofagov torej na svoj način vplivata na okolico in ekologijo mikrobov. Zanimalo nas je, kakšen je pričakovani vpliv bakteriocina na mikrobno okolje bakterije, v katerega ga je sprostila.
Tu pa se pojavi zanimiv paradoks: virusni gen, ki bakteriji pomaga uničevati druge bakterije, lahko hkrati omeji horizontalno širjenje virusa. Kajti če stresni dejavniki, kot so na primer ultravijolično valovanje in razne kemikalije, pri lizogenem fagu sprožijo litični cikel, to gotovo vodi v uničenje njihovega gostitelja. Novonastali virusi bi ob poku gostiteljske celice iskali novega razpoložljivega gostitelja, vendar bi bili vsi potencialni bakterijski gostitelji zaradi predhodno izločenega bakteriocina uničeni. Raziskovalna skupina, v kateri deluje naš sogovorec Jaka Jakin Lazar, pa je prišla do presenetljivih ugotovitev. Ugotovili so, da se tarče bakteriocina ne prekrivajo vedno s tarčami bakteriofagov.
Raziskava, ki jo na Oddelku za mikrobiologijo na Biotehniški fakulteti razvija skupina našega sogovorca, nas opominja na ključnost bazičnih raziskav in radovednosti, ki jih poganja. O bakteriofagih namreč marsičesa še ne vemo. Hkrati nas opominja, da se znanost ne podreja načelu enega orožja in ene rešitve. Če so antibiotiki nekoč obljubljali dokončno zmago nad bakterijami, sedaj vemó, da se ne gre zanašati na eno samo tehnologijo in bomo v prihodnosti primorani premisliti nove možnosti.
V drugem delu oddaje se bomo podrobneje posvetili še enemu načinu spopadanja z bakterijskimi okužbami in odpornostjo. Bakteriocini niso zanimivi samo zato, ker vplivajo na ekologijo mikrobnega sveta. Ker lahko zavirajo delovanje bakterij, so tudi kandidati za zdravljenje bakterijskih okužb. Po kratkem komadu bomo nazaj. Poslušate Radio Študent, kjer gostimo 89,3 milijona bakterijskih virusov.
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
Pozdravljeni v drugem delu oddaje o bakteriofagih in bakteriocinih. V prvem delu smo prek zgodovinskega pregleda zdravljenja bakterijskih okužb ugotovili, da moremo h kuhi protibakterijske mineštre pristopiti drugače kot znanstveniki nekoč. Izvedeli smo, kako se v naravi sporazumeta bakteriofag in njegova gostiteljica bakterija, zdaj pa se s področja ekologije podajmo še v medicinske vode. Poglejmo si, katere snovi bakterije izločajo v okolje in na kakšen način jih lahko potencialno uporabimo v boju proti bakterijskim okužbam.
Ob okužbi s patogenim mikroorganizmom naše telo postane okužena bakterijska mineštra, ki je za povrh običajno še vroča – zaradi povišane telesne temperature. V slabih stotih letih od odkritja penicilina smo se že navadili, da gremo takrat k svoji osebni zdravnici, ta pa nam predpiše ustrezno kuro antibiotikov. Prekomerna in napačna raba antibiotikov, njihovo jemanje na lastno pest ali ob virusnih okužbah, ter tudi prevelika uporaba v živilski industriji predstavljajo razloge za pojav večkratno odpornih bakterij. To so bakterije, ki so odporne na več vrst antibiotikov, zaradi česar zdravljenje proti njim postane težavno. Bakterijsko rezistenco, torej odpornost na delovanje antibiotikov, je Svetovna zdravstvena organizacija oklicala za eno najvidnejših zdravstvenih kriz tega stoletja.
Ena od strategij boja z odpornimi bakterijami je iskanje novih protimikrobnih snovi, ki bi preprečile rast bakterij, denimo bakteriocinov. Gre za protimikrobne peptide, ki jih sintetizirajo bakterije. Da bi o njih izvedeli kaj več, smo na Oddelku za mikrobiologijo Biotehniške fakultete obiskali profesorico Marjanco Starčič Erjavec, ki nam je pojasnila, kaj bakteriocini so in v kakšnih okoliščinah jih bakterije običajno sprostijo v okolico.
Izjava
Bakteriocini so torej strupene snovi, ki jih bakterije sintetizirajo in izločajo v okolje. Z izločanjem bakteriocinov skušajo premagati tekmice in si izboriti življenjski prostor in hranila. Bakteriji omogočijo, da izrine druge bakterije iz neke niše ter jo zasede. Na kakšen način pa se bakterija obvaruje, da ne bi bakteriocin poškodoval nje same? Za odgovor smo povprašali profesorico Starčič Erjavec.
Izjava
Vendar bakteriocini delujejo dokaj specifično, torej le na določeno skupino ali vrsto bakterij. To je ena od njihovih šibkosti, saj morajo bakterije sintetizirati veliko vrst bakteriocinov, da se lahko borijo proti več vrstam ostalih bakterij. Zanimalo nas je, kako v laboratoriju ugotovijo, da je neka snov bakteriocin in za katere bakterije je toksična.
Izjava
V znanstvene raziskave bakteriocinov je bilo zaradi odkritja antibiotikov vloženega manj časa in finančnih sredstev, zato so bili nekaj časa dokaj zapostavljeni, tako kot bakteriofagi – bakterijski virusi. S pojavom odpornih bakterij pa se zopet kaže zanimanje zanje, predvsem na račun njihovih protimikrobnih sposobnosti. Bakteriocine danes uporabljamo predvsem na dveh področjih: v živilski industriji delujejo kot konzervansi in v vlogi antimikrobnih sredstev kot alternativa antibiotikom. Tovrstne protimikrobne učinkovine so sicer večinoma še v predkliničnih raziskavah. Profesorica Starčič Erjavec nam je povedala, kateri bakteriocin se v živilski industriji uporablja in na kakšen način deluje.
Izjava
Nisin je zaenkrat edini splošno uporabljen bakteriocin, ki je kot konzervans pod črkovno kodo E234 dovoljen tudi v Sloveniji. V sklopu uporabe bakteriocinov kot alternative antibiotikom, pa še nimamo odobrenih snovi, ki bi bile dovoljene za splošno terapevtsko uporabo. V kateri stopnji raziskav bakteriocinov za uporabo v zdravstvu smo, nam je povedala profesorica.
Izjava
Glavni razlogi za tem, da so bili antibiotiki bolj množično preučevani in uporabljeni, je predvsem to, da običajno delujejo na več različnih vrst bakterij. Lažje jih je tudi industrijsko sintetizirati, hkrati pa so stabilnejši. Bakteriocini so namreč proteini in s tem občutljivi na razgradnjo ali denaturacijo. Kakšen potencial torej sploh imajo bakteriocini – bi jih lahko uporabljali samostojno ali v kombinaciji z že znanimi antibiotiki?
Izjava
Poleg prehrambene industrije in antimikrobnega delovanja so nekateri bakteriocini pokazali tudi sposobnosti protivirusnega delovanja in protirakave lastnosti. Nekateri bakteriocini so izkazali specifično toksičnost za maligne rakave celice tako, da so sprožili celično smrt ali pa razgradili molekulo DNK. Kako pa bakteriocini sploh delujejo in na kakšen način ubijejo tarčno celico?
Izjava
Vendar pa lahko bakterije razvijejo tudi odpornost na bakteriocine. Če bakterija spremeni receptor za bakteriocin ali pa transportni sistem, bo protimikrobno delovanje izničeno. Če se to zgodi, specifičen bakteriocin ali pa tudi antibiotik ne bo mogel vstopiti v bakterijsko celico po tej poti. Da bi bakteriocin na rezistentno bakterijo še vedno deloval, v laboratoriju spremenimo način transportnega sistema, s katerim bakteriocin vstopi v tarčno bakterijsko celico. S transportnim sistemom so se nekaj časa ukvarjali tudi na Oddelku za mikrobiologijo Biotehniške fakultete.
Izjava
Bakteriocini predstavljajo zanimivo alternativo antibiotikom, alternativo pa tudi prav zares potrebujemo zaradi vse večje pojavnosti odpornosti na najbolj uporabljene antibiotike. Raziskave vpliva bakteriocinov na človeško telo so sicer še v povojih. Preden jih bomo lahko začeli uporabljati v zdravstvu, morajo prestati dodatne teste, da se preverijo njihova varnost, možni stranski učinki ter učinkovitost delovanja.
Z zadnjo zvrhano žlico bakteriocinov smo se prebili do dna krožnika današnje mineštre. Kljub temu da dandanes v mineštro še vedno najraje vmešamo antibiotike, smo lahko v oddaji slišali, da raziskovalke in raziskovalci na srečo proučujejo tudi alternativne pristope k zdravljenju bakterijskih okužb. Vajenke bi si v znanosti želele predvsem miselni premik od aplikativnih k bazičnim raziskavam – in prav te, menimo, nas bodo lahko privedle do bolj občutljivih in ekoloških načinov zdravljenja okužb, ki ne temeljijo zgolj na uničevanju, temveč na razumevanju odnosov v mikrobnih združbah. Hvala za posluh in se slišimo že prihodnji teden v kvantni mineštri.
Mineštro je z bakteriofagi okužila vajenka Maša.
Bakteriocine je vanjo vmešal vajenec Nejc.
Kuho sta nadzorovali mentorici Ana in Gaja.
Še vročo jo je poskusil in izpopolnil LukaS.
Osolila in začinila jo je lektorica Petra.
Sestavine v mineštri je zmiksal Oli.
Postregli sta vam jo špikerki Premica in Čehica.
Za podlagi čunfa - Bus stop girl in čunfa - The oldest groove in the book se iskreno zahvaljujemo Janu Bajc Funi.
Dodaj komentar
Komentiraj