Kaynak : Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü
Wyss Enstitüsü’nden Laura Certain, “Aktif olarak bölünen bakterileri öldürerek antibiyotiklerin çalışması ve tedaviye direnen ve bölgedeki enfeksiyonların devam etmesine neden olan bölünmeyen bakteri direnişidir” diye ekledi, “Bunun gerçek olup olmadığını bilmek istedim. ”
ABD’de hastane hastalarında ölüm nedeni bakteriyel enfeksiyonlardır ve antibiyotik dirençli bakteriler her yıl on binlerce kişinin ölümüne neden olmaktadır. Antibiyotiklerin tam olarak nasıl çalıştığını ya da çalışmadığını anlamak, hem yeni “süper bakterileri” hedeflemek ve mevcut ilaçların bu hedeflere karşı daha etkili hale getirilmesi için alternatif tedavi stratejileri geliştirmek çok önemlidir.
Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsündeki araştırmacılardan oluşan bir ekip, sentetik biyoloji tekniklerini kullanarak, antibiyotikleri, aslında bir petri kabında olandan çok vücudun içinden çok farklı şekilde yanıt verdiğini keşfetti. Bu, bazılarının antibiyotikler hakkındaki varsayımlarının bir kısmının yanlış olduğunu düşündürdü.
“Çoğu klinisyenin sahip olduğu imge,antibiyotikler aktif olarak bölünen bakterileri öldürerek çalışır. Antibiyotiklerin çalışması ve tedaviye direnen, bölgedeki enfeksiyonların devam etmesine neden olan şey bakterilerdir. Wyss Enstitüsü ve Massachusetts Hastanesi’ndeki klinik görevlisi olan Laura Certain, bunun gerçek olup olmadığını bilmek istedim dedi. Bölgedeki bakterilerin oranı bir enfeksiyon sürecinde değişti mi ? ve antibiyotikler bunu etkiler mi? ”
ATC eklendiğinde faal olarak bölünen genetiği değiştirilmiş E. coli bakterilerinin kolonileri, laktoz içeren bir ortamda büyütüldüğünde maviye dönüşürken, ATC eklendiğinde bölünmeyenler E. coli ‘ler beyaz olarak kalır.
Kaynak: Harvard Üniversitesi’nde Wyss Enstitüsü
“Sentetik biyoloji, bakterileri yararlı ürünler üretmek ya da hastalıkları teşhis etmek için yaygın bir şekilde kullanılıyor. Bakterilerin vücutta nasıl davrandığını bize gösterebilen bir mikrobiyoloji aracı oluşturmak için bu yaklaşımı kullandık” dedi.
Araştırma, Cell Host & Microbe’nin 31 Ağustos sayısında yayınlandı.
Bazı araştırmacılar ve meslektaşları, birkaç yıl önce Wyss çekirdek öğretim üyesi Pamela Silver’ın laboratuarında yaratılan, E. coli’nin genetik mühendisliği ile değiştirilmiş bir suşunu kullandı. Bakteriler DNA’larına kodlanmış, anhidrotetrasiklin (ATC) denilen bir kimyasala maruz bırakıldıklarında “kapalı” konumdan “açık” konuma değişen genetik bir “geçiş anahtarı” na sahip oldular. Anahtar açıldığında, bakterilerin şeker laktozunu sindirmesine izin veren genetik bir değişiklik olur; bunu laktoz, anahtarları olan bakteriler yapamaz. Bu sistemin anahtarı, ATC eklendiğinde bakteri aktif olarak bölünürse, geçiş anahtarı yalnızca çevrilebilir. Bölünmeyen bakteri anahtarları, ATC mevcut olsa bile kapalı kalır. Böylece, geçiş anahtarı ATC’ye maruz kaldıklarında bakterilerin aktif veya pasif olup olmadığını gösterebilen bir anlık görüntü sunar.
İncelemeler genellikle in vitro yapılır ancak enfeksiyonlar canlıların karmaşık ortamlarında meydana gelir ve bunlar bir petri tabakasından oldukça farklıdır. Bakterileri in vivo değerlendirmek için, araştırmacılar farelerin bacaklarına küçük bir plastik çubuk yerleştirdiler. Tıbbi cihazlar ve suni eklemler implante edildiğinde insanlarda yaygın olarak ortaya çıkan kronik bakteriyel enfeksiyonları taklit etmek için genetiği değiştirilmiş bakterileri bacaklara aşıladılar. Daha sonra, “açık” konuma giden herhangi bir bölücü bakteri hücresindeki geçiş anahtarını çevirmek için, enfeksiyon süresince farklı zamanlarda farelere ATC enjekte ettiler.
Farelerden alınan bakterileri çıkardığınızda ve onları özel bir laktoz içerikli ortamda yetiştirdiklerinde, ilk 24 saat boyunca tüm bakterilerin aktif olarak bölündüğünü buldular, ancak dördüncü günde bu fraksiyon yarısına düştü ve kalan kısım için sabit kaldı. Bu, vücut tarafından öldürülen bakteri sayısının, hücre bölünmesi yoluyla yaratılan yeni bakteriler tarafından dengelentiğini gösteriyor. Bu sonuç, çevrelerindeki taşıma kapasitesine ulaştıklarında tüm bakterilerin bölünmesini durdurduğu in vitro yanıttan farklıydı.
Ardından, bilim adamları, enfeksiyonun iki hafta ilerlemesine izin vererek bakterilerin antibiyotiklere olan tepkisini in vivo olarak test ettikten sonra farelere antibiyotik levofloksasin enjekte etti. Çıkarılan bakteri analiz edildiğinde, farelerde toplam bakteri miktarı azalırken aktif olarak bölünmekte olan bakteri canlılığı oranının arttığını tespit ettiler. Bu sonuç, in vitro olarak gözlemlenen, bölünmeyen hücrelerden daha fazla bölünen hücreleri öldüren antibiyotiklere doğrudan karşı geldi. Araştırmacılar, bakteri kolonilerini antibiyotik direnci açısından taradılar ve bakterilerin levofloksasinin öldürme etkilerine daha iyi dayanması için evrimleştiklerini gösteren herhangi bir kanıt bulamadılar; bu da antibiyotiklerin hala etkili olduğunu doğruladı.
Certain, “Bir antibiyotik varlığında bakter bölündüğünde daha yüksek bir oran gördüğümüzde bunun birkaç olası nedeni var” dedi. “Antibiyotikler genel bakteri popülasyonunu azalttığında ortaya çıkan boşlukları doldurmak için hareketsiz hücrelerin aktif bir duruma geçme ihtimalini büyük olasılıkla bulduk. Çalışmamızın önerdiği gibi, bakteriler bir enfeksiyon boyunca aktif olarak bölünmeye devam ederse, antibiyotiklere duyarlı olmalılar. ”
Gerçekten araştırmacılar, enfeksiyonu daha yüksek bir antibiyotik dozu ile tedavi edebildiler; bu, bakteryel enfeksiyonlarla ilgili konvansiyonel varsayımların aksine, bu kronik enfeksiyon modelinde sabit bir antibiyotik toleranslı hücre popülasyonu olmadığını ortaya koydu.
“Bir antibiyotik çalışmıyorsa, bölgedeki bakterilerin kalelerinin suçlu olduğunu varsaymak yerine, enfeksiyon bölgesine en çok katkıda bulunmanın yollarını bulmamız veya oyunda olabilecek diğer tolerans mekanizmalarının belirlenmesi üzerinde durmalıyız” dedi. ilgili yazar ve Wyss çekirdek öğretim üyesi Jim Collins, aynı zamanda Termeer Tıp Mühendisliği ve Bilim Profesörü ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde biyolojik mühendislik profesörüdür.
Ek bilgi için Wyss Enstitüsü web sitesini ziyaret edin.
Bu çalışma Paul G. Allen Frontiers Grubu, Savunma Tehdit Azaltma Ajansı ve Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Enstitüsü tarafından desteklendi.
Kaynak: Tıkla
Bu makaleyi 5 dakikada okuyabilirsiniz.
Moleküler Biyoloji ve Genetik
