Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Mikroorganizmy niehodowalne – źródło nowych antybiotyków
Newralgiczny okres w dziejach antybiotykoterapii, w jakim obecnie się znajdujemy, skłania do intensywnych poszukiwań nowych naturalnych antybiotyków, na przykład w próbach środowiskowych. Głównymi obszarami poszukiwań są wody morskie oraz gleba. Jednak z ogromu gatunków występujących w środowisku zaledwie 1% to szczepy, które jesteśmy w stanie izolować i hodować w warunkach laboratoryjnych. Możliwości pozostałych 99% wciąż pozostają nieodkryte.

 

Woda i gleba oraz zamieszkujące je mikroorganizmy to główne obszary poszukiwań nowych gatunków. Na celowniku są przede wszystkim produkowane przez nie metabolity o działaniu przeciwdrobnoustrojowym i potencjalnym zastosowaniu w walce z patogenami człowieka, a także biokontroli w infekcjach roślin. Około 80% obecnie stosowanych antybiotyków pochodzi z organizmów glebowych. Przykładowo, promieniowce stanowią pierwotne źródło takich związków jak streptomycyna, aktynomycyna, erytromycyna czy wankomycyna. W dobie narastającej oporności wobec znanych antybiotyków, najwyższy czas zasięgnąć z powrotem do źródła.

Analiza mikrobiologiczna różnych rodzajów gleby wykazała, że próby pochodzące z obszarów zamieszkałych (zurbanizowanych) różnią się pod względem ilości gatunków i produkowanych metabolitów od gleb z obszarów rekreacyjnych. Flora glebowa na obszarach zamieszkałych przez człowieka wykazuje większą aktywność metaboliczną ze względu na ciągłą ekspozycję na substancje i odpady pochodzące z gospodarstw domowych lub rolnych, takich jak kał, resztki żywności czy stosowane farmaceutyki (Woappi et al. 2013). W takim środowisku odsetek szczepów antybiotykoopornych jest 10-20-krotnie razy wyższy niż na obszarach rekreacyjnych lub przemysłowych. Zjawisko horyzontalnego transferu genów oporności pozwala na koegzystencję szczepów produkujących substancje aktywne i szczepów opornych. To dynamiczne środowisko stwarza sprzyjające warunki dla ewolucyjnego przystosowania szczepów aktywnych metabolicznie – w celu zachowania równowagi gatunkowej, presja selekcyjna wymusza syntezę coraz to nowych związków aktywnych i kontroli wzrostu szczepów opornych. Jest to zatem nieprzebrane źródło nowych potencjalnych antybiotyków.

Niestety, standardowe metody przesiewowe w poszukiwaniu substancji przeciwdrobnoustrojowych, które polegają głównie na oznaczaniu stref zahamowania wzrostu, ograniczone są koniecznością posiadania wyizolowanego szczepu produkującego daną substancję. Odsetek gatunków hodowalnych w warunkach laboratoryjnych szacuje się na 1%. Pozostałe 99% to populacja form żywych lecz niehodowalnych (ang. viable but not culturable, VBNC). Grupa badaczy kierowana przez profesora Kim’a Lewis’a z Northeastern University, Boston, MA (USA) znalazła jednak sposób na dotarcie do owej skrywanej części góry lodowej. Wykorzystali technologię iChip (NovoBiotic Pharmaceuticals), czyli specjalne naczynie hodowlane składające się z wielu dołków zawartych w prostokątnej płytce o długości 7 cm, oddzielonych od środowiska błoną półprzepuszczalną. Florę wyizolowaną z gleby rozcieńczono i rozporcjowano tak, aby w każdym dołku hodowlanym znalazła się jedna komórka bakteryjna. Następnie tak przygotowany iChip… zakopano na miesiąc tam, skąd pobrano próbkę – na porośniętym trawą polu w Maine, USA.

Ref. Ling et al. 2015

Bakterie, które udało się wyhodować przy zapewnionej w ten sposób dostępności naturalnych składników glebowych, poddano testom na obecność antybiotyków skutecznych wobec patogenów ludzkich. Tym sposobem zidentyfikowano teiksobaktynę – związek hamujący syntezę ściany komórkowej bakterii poprzez wiązanie do konserwowanych motywów lipidu II (prekursora peptydoglikanu) i lipidu III (prekursora kwasów tejchojowych). Strukturę teiksobaktyny i przewidziany klaster genów odpowiedzialnych za jej syntezę opublikowano w ubiegłych roku w Nature (Ling et al. 2015). Antybiotyk ten, ze względu na brak odnotowanego potencjału indukcji oporności u Staphylococcus aureus i Mycobacterium tuberculosis, jest obecnie jednym z głównych kandydatów do potencjalnego wykorzystania klinicznego.

Znajomość substancji aktywnych oraz sekwencji kodujących je genów umożliwia zastosowanie innych metod detekcji antybiotyków in situ – takich jak PCR w czasie rzeczywistym. Jest to metoda na tyle czuła, że umożliwia amplifikację i detekcję fragmentu danego genu w DNA izolowanym bezpośrednio ze środowiska, bez konieczności hodowli badanych mikroorganizmów. qPCR zastosowano m. in. w detekcji genu phlD odpowiedzialnego za syntezę DAPG – przeciwdrobnoustrojowego związku fenolowego produkowanego przez Pseudomonas fluorescens (Mavrodi et al. 2007).

Gatunki niehodowalne to wciąż nieodkryty obszar flory środowiskowej i niewyobrażalny rezerwuar metabolitów o działaniu przeciwdrobnoustrojowym. Na szczęście i ten świat zaczyna powoli stawać przed nami otworem.

Źródła

Woappi Y, Gabani P, Singh OV. Emergence of Antibiotic-Producing Microorganisms in Residential Versus Recreational Microenvironments. Br Microbiol Res J. 2013 Apr 23;3(3):280-294.

Mavrodi OV, Mavrodi DV, Thomashow LS, Weller DM. Quantification of 2,4-diacetylphloroglucinol-producing Pseudomonas fluorescens in the plant rhizosphere by real-time PCR. Appl Environ Microbiol 2007, 73:5531–5538.

Ling LL, Schneider T, Peoples AJ, Spoering AL, Engels I, Conlon BP, Mueller A, Schäberle TF, Hughes DE, Epstein S, Jones M, Lazarides L, Steadman VA, Cohen DR, Felix CR, Fetterman KA, Millett WP, Nitti AG, Zullo AM, Chen C, Lewis K. A new antibiotic kills pathogens without detectable resistance. Nature. 2015 Jan 22;517(7535):455-9.

KOMENTARZE
news

<Marzec 2024>

pnwtśrczptsbnd
26
27
29
1
2
3
4
8
9
10
11
12
16
17
18
20
22
23
24
25
28
29
30
31
Newsletter