Naukowcy z IISc odkrywają kluczowy mechanizm umożliwiający utrzymywanie się gruźlicy u ludzi przez dziesięciolecia, ET HealthWorld
New Delhi: Naukowcy z Indyjskiego Instytutu Naukowego (IISc) odkryli ważny mechanizm umożliwiający bakteriom gruźlicy (TB) przetrwanie w organizmie człowieka przez dziesięciolecia.
Zespół, w skład którego wchodzili naukowcy z Narodowego Centrum Nauk Biologicznych (NCBS) oraz Instytutu Nauk o Komórkach Macierzystych i Medycyny Regeneracyjnej (InStem) w Bengaluru, odkrył, że pojedynczy gen zaangażowany w wytwarzanie klastrów żelazowo-siarkowych może mieć kluczowe znaczenie dla trwałości bakterii gruźlicy.
Gruźlicę wywołuje Mycobacterium tuberculosis (Mtb), która może występować w organizmie człowieka przez dziesięciolecia bez żadnych objawów.
„Mtb potrzebuje ludzi, aby przetrwać. W wielu przypadkach infekcji Mtb układ odpornościowy jest w stanie wykryć bakterię i ją usunąć” – powiedziała Mayashree Das, doktorantka w IISc i pierwsza autorka badania opublikowanego w czasopiśmie Science Advances.
Jednakże u kilku osób bezobjawowych Mtb ukrywa się w głębokich kieszeniach płuc ograniczających tlen i wchodzi w stan uśpienia, w którym nie dzieli się i jest nieaktywny metabolicznie, skutecznie unikając układu odpornościowego i leków przeciwgruźliczych.
„Ze względu na trwałość w dowolnej części populacji ludzkiej istnieje rezerwuar bakterii, który może się reaktywować i spowodować infekcję. Jeśli nie zrozumiemy wytrwałości, nie będziemy w stanie wykorzenić gruźlicy” – powiedział Amit Singh, profesor nadzwyczajny w IISc i korespondent autora badania.
Zespół Singha hodował Mtb w płynnych kulturach zawierających specjalne suplementy potrzebne do jego wzrostu.
Funkcjonowanie kilku białek w Mtb zależy od skupisk żelaza i siarki. Klastry te składają się z atomów żelaza i siarki zorganizowanych w różne konfiguracje, takie jak łańcuchy lub prostopadłościany.
Atomy żelaza w klastrze mogą przekazywać elektrony z jednego miejsca kompleksu białkowego do drugiego w reakcjach komórkowych, takich jak oddychanie i metabolizm węgla.
„Białka zawierające klastry żelaza i siarki są ważne dla podstawowych procesów, takich jak wytwarzanie energii przez oddychanie, umożliwiając bakteriom przetrwanie w trudnych warunkach płuc i powodując infekcję. Dlatego chcieliśmy zbadać mechanizmy wykorzystywane przez Mtb do wytwarzania żelaza – skupiska siarki” – powiedział Singh.
Naukowcy twierdzą, że klastry te są wytwarzane głównie przez operon SUF Mtb, czyli zestaw genów, które włączają się razem.
Stwierdzili jednak, że istnieje inny pojedynczy gen zwany IscS, który również może wytwarzać klastry.
Aby rozwiązać zagadkę, dlaczego bakteria potrzebuje obu, badacze wygenerowali zmutowaną wersję Mtb, której brakowało genu IscS.
Odkryli, że w normalnych warunkach i przy ograniczonej zawartości tlenu skupiska żelaza i siarki powstają głównie w wyniku działania genu IscS.
Jednakże, gdy bakteria jest narażona na duży stres oksydacyjny, atomy żelaza w klastrach ulegają utlenieniu i uwolnieniu, uszkadzając klastry. Dlatego istnieje zwiększone zapotrzebowanie na produkcję większej liczby klastrów, co włącza operon SUF.
Następnie badacze starali się dowiedzieć, w jaki sposób gen IscS przyczynia się do postępu choroby. Zainfekowali modele myszy zmutowaną wersją Mtb pozbawioną genu IscS.
Brak genu IscS doprowadził do ciężkiej choroby u zakażonych myszy, a nie do trwałej, przewlekłej infekcji typowej dla pacjentów z gruźlicą.
Dzieje się tak dlatego, że w przypadku braku genu IscS operon SUF jest silnie aktywowany – choć w sposób nieuregulowany – co prowadzi do nadmiernej zjadliwości – twierdzą naukowcy.
Stwierdzili, że wyczerpanie systemu IscS i SUF radykalnie zmniejszyło trwałość Mtb u myszy.
Zespół odkrył, że gen IscS kontroluje aktywację operonu SUF, powodując utrzymywanie się gruźlicy.
Naukowcy zauważyli również, że bakterie pozbawione genu IscS były częściej zabijane przez niektóre antybiotyki.
„Staje się wrażliwy na niektóre antybiotyki i odporny na niektóre. Chcielibyśmy również zbadać to głębiej” – powiedział Das.
Zespół sugeruje, że skuteczniejsze mogłoby być łączenie antybiotyków z lekami ukierunkowanymi na IscS i SUF.
Singh ma nadzieję, że lepsze zrozumienie systemów IscS i SUF w Mtb może ostatecznie utorować drogę do wykorzenienia utrzymującej się gruźlicy.
