Bakterie Porphyromonas gingivalis są powszechnie znane jako czynnik wywołujący paradontozę, czyli przewlekłą chorobę jamy ustnej. Niewielu jednak wie, że ten sam gatunek odgrywa również rolę w powstawaniu innych problemów ze zdrowiem, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów, miażdżyca i przewlekła obturacyjna choroba płuc. Duże osiągnięcia w badaniach nad powiązaniami pomiędzy paradontozą i kolejnymi dolegliwościami mają polscy naukowcy z Zakładu Mikrobiologii  na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierownictwem prof. Jana Potempy. Tą tematyką zajmują się od lat, czego efektem są liczne odkrycia o kluczowym znaczeniu.

Niewłaściwa higiena jamy ustnej, palenie tytoniu, picie kawy – wszystkie te czynniki mogą prowadzić do rozwoju chorób jamy ustnej. Sprzyjają one namnażaniu się bakterii, w tym gatunków z tzw. czerwonego kompleksu. Jest on szkodliwy w największym stopniu dla tkanek przyzębia. W skład tej grupy wchodzi wspomniany P. gingivalis. Gdy dochodzi do wniknięcia bakterii poniżej linii dziąsła, wywołany przez nie stan zapalny prowadzi do uszkodzenia dziąseł i ubytku kości, a w konsekwencji rozchwiania zębów. To jednak nie koniec kłopotów.

Te same bakterie mogą powodować dalsze spustoszenie w organizmie

P. gingivalis wyposażony jest w różnorakie czynniki wirulencji. Jednym z nich jest enzym deiminaza peptydylo-argininowa, lub w skrócie PPAD. Badania naukowców z Krakowa prowadzone we współpracy z innymi ośrodkami naukowymi wykazały, że to bakteryjne białko stanowi element sprzyjający rozwojowi reumatoidalnego zapalenia stawów. PPAD przeprowadza proces cytrulinacji, czyli modyfikacji białek polegający na zamianie pozytywnie naładowanej reszty argininy na neutralną cytrulinę. W warunkach fizjologicznych w zdrowym organizmie ludzka wersja enzymu PAD katalizuje reakcję  cytrulinacji, co  warunkuje chociażby prawidłowe różnicowanie naskórka i regulację ekspresji genów. Jednak ten sam proces ulega intensyfikacji w stanie zapalnym, co może prowadzić do zmiany struktury trzeciorzędowej białek i powstawania nowych epitopów, a w konsekwencji wytwarzania przeciwciał przeciwko własnym cytrulinowanym białkom. Ich podwyższony poziom jest markerem zapalenia stawów i koreluje z ciężkością przebiegu choroby. PPAD produkowany przez P. gingivalis różni się od ssaczego odpowiednika między innymi zdolnością do cytrulinacji C-końcowych reszt argininy. Podczas infekcji mogą one powstawać w wyniku aktywności innych enzymów wydzielanych przez ten sam gatunek – proteaz z grupy gingpain, także pierwotnie wyizolowanych i opisanych przez grupę prof. Potempy. Cytrulinacja nowo powstałych peptydów może napędzać reakcję autoimmunologiczną i prowadzić do wyniszczania tkanek.

Niekontrolowana cytrulinacja  może prowadzić od utraty funkcji ważnych białek, m.in. tych o właściwościach immunomodulacyjnych. Jak wyjaśnia doktor Joanna Kozieł z UJ, autorka artykułu na ten temat opublikowanego w tym roku w Journal of Immunology,  ta sytuacja ma miejsce na przykład w przypadku antybakteryjnego peptydu LL-37. Jego aktywność zależy od pozytywnego ładunku cząsteczki, który jest redukowany podczas procesu cytrulinacji. W wyniku modyfikacji LL-37 traci właściwości chroniące organizm przed sepsą endotoksynową.

Mikroorganizmy zwodzą naszą odporność

Badania Zakładu Mikrobiologii UJ nie ograniczają się do określenia znaczenia deiminazy peptydylo-argininowej. Wręcz przeciwnie, realizowane są tam bardzo różnorodne projekty prowadzące m.in. do kompleksowej charakteryzacji procesów chorobotwórczych wywoływanych przez bakterie „czerwonego kompleksu”. W celu lepszego poznania mechanizmów łączących infekcje z zapaleniem stawów, grupa z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowała model zwierzęcy do eksperymentów. Ważnym obszarem ich badań jest również wpływ bakterii jamy ustnej na działanie naszego układu immunologicznego. Okazuje się, że mikroorganizmy zwodzą naszą odporność na wiele sposobów! Naukowcy z UJ wykazali na przykład, że P.ginigvalis są zdolne do degradacji czynnika EGF za pośrednictwem gingipain, co pogłębia rozwój paradontozy. Z kolei karilizyna,  inna proteaza wytwarzana przez gatunek Tannarella forsythia również należący do „czerwonego kompleksu”, jest zdolna do degradacji LL-37 oraz inaktywacji wszystkich dróg układu dopełniacza. Jeszcze inne eksperymenty realizowane przez pracowników i studentów zakładu mają na celu identyfikację elementów składowych i mechanizmów działania systemu sekrecji P. ginigvalis. Tutaj również pojawiają się ciekawe odkrycia wskazujące na to, że system ten może być odmienny od tych dotychczas opisanych u bakterii gramujemnych.

Wysiłki krakowskich naukowców zaowocowały wieloma publikacjami w prestiżowych czasopismach naukowych. W 2011 roku prof. Jan Potempa został nagrodzony za swoją pracę Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej często nazywaną polskim Noblem. Jednak to nie artykuły bądź odznaczenia są dla badaczy główną motywacją. Ich wspólnym celem jest lepsze poznanie mechanizmów pozwalających bakteriom i wirusom na oszukiwanie ludzkiego układu immunologicznego, które pomoże w opracowaniu skuteczniejszych terapii.