Silna toksyna roślinna o szczególnych właściwościach bakteriobójczych stała się jedną z najbardziej obiecujących substancji w dziedzinie badań nad antybiotykami od kilkudziesięciu lat. Antybiotyk ten, zwany albicydyną, produkowany jest przez patogen bakteryjny roślin Xanthomonas albilineans, który powoduje wyniszczającą oparzelinę liści trzciny cukrowej. Uważa się, że patogen atakuje rośliny za pomocą albicydyny, co umożliwia jego ekspansję. W ostatnich latach naukowcy zrozumieli, jak działa ta bakteryjna broń. Bierze ona za cel enzym występujący zarówno w roślinach, jak i bakteriach, zwany gyrazą DNA lub po prostu gyrazą. Enzym ten łączy się z DNA i zręcznie zwija jego strukturę w procesie zwanym superskręcaniem, koniecznym dla komórek do prawidłowego funkcjonowania. Gyraza jednakże posiada pewien słaby punkt – żeby wykonać swoje zadanie musi błyskawicznie przeciąć podwójną helisę DNA. Jest to o tyle niebezpieczne, że rozerwanie DNA prowadzi do śmierci komórki. W normalnych okolicznościach gyraza natychmiast ponownie łączy rozerwane części DNA, ale albicydyna uniemożliwia to połącznie, co powoduje rozerwanie DNA i śmierć bakterii.

Albicydyna znana jest z dużej skuteczności w zwalczaniu bakterii E. coli oraz S. aureus. (gronkowca złocistego). Bakterie te znane są z tego, że nabierają coraz większej oporności na używane obecnie antybiotyki, co przekłada się na pilną potrzebę znalezienia nowych, skuteczniejszych leków. Pomimo znanych już antybiotycznych właściwości i niskiej toksyczności w eksperymentach przedklinicznych, farmaceutyczne wykorzystanie albicydyny było dotychczas powstrzymywane przez brak wiedzy, na czym dokładnie polega jej interakcja z gyrazą DNA. Zespół badawczy prof. Jonathana Heddle’a z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego we współpracy z laboratoriami prof. Rodericha Süssmutha z Uniwersytetu Technicznego w Berlinie oraz dr. Dmitry’ego Ghilarova z John Innes Centre w Wielkiej Brytanii dokonał przełomowego odkrycia. Za pomocą nowoczesnej mikroskopii krioelektronowej naukowcy uzyskali niezwykle szczegółowe zdjęcie albicydyny oddziałującej z gyrazą, dzięki czemu zauważyli, że albicydyna przyjmuje kształt litery L, co umożliwia jej szczególną interakcję zarówno z gyrazą, jak i DNA. W wyniku tego gyraza nie jest już w stanie wykonać ruchu łączącego oba końce DNA. Efekt ten można porównać do klucza francuskiego, włożonego pomiędzy koła zębate. Co istotne, interakcja albicydyny z gyrazą znacząco różni się od działania istniejących antybiotyków, co sprawia, że substancja ta oraz jej pochodne mogą być skuteczne przeciw wielu antybiotykoodpornym bakteriom, tzw. superbakteriom (z ang. superbugs). – Mamy nadzieję, że szczególny charakter interakcji albicydyny z gyrazą umożliwi rozwój bazujących na tej substancji antybiotyków, zdolnych do przeciwdziałania zagrożeniu ze strony antybiotykoopornych bakterii – komentuje Elizabeth Michalczyk, doktorantka w laboratorium prof. Heddle’a, jedna z głównych autorek artykułu. 

Prace te już się rozpoczęły. Na podstawie swoich obserwacji zespół zdołał stworzyć odmiany antybiotyku o ulepszonych właściwościach. Podczas testów warianty te okazały się skuteczne przeciw niektórym z najgroźniejszych bakterii, którymi zarażają się pacjenci intensywnej terapii, m.in. Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa i Salmonella typhimurium – również tym, wykazującym oporność na istniejące antybiotyki. – To fascynujący projekt badawczy, stanowiący świetny przykład współpracy międzynarodowej. Praca z zespołami z John Innes Centre oraz Uniwersytetu Technicznego w Berlinie pozwoliła nam połączyć wiedzę i zasoby, aby uzyskać szybki postęp w badaniach – dodaje prof. Jonathan Heddle. Następnym krokiem będzie nawiązanie kontaktu z partnerami ze świata nauki i przemysłu w celu uzyskania funduszy koniecznych do przejścia do etapu badań klinicznych, które mogą zaowocować rozwojem nowej klasy antybiotyków, pilnie potrzebnych w obliczu globalnego zagrożenia lekoopornością drobnoustrojów.

Uniwersytet Jagielloński