Symulacje komputerowe wyjaśniają, dlaczego antybiotyk jest nieskuteczny
INFORMATOR. Kraj
naukawpolsce.pl | dodane 19-08-2011
Model fragmentu rybosomu z przyłączonym antybiotykiem (aminoglikozydem, kolor czerwony). RNA rybosomu zaznaczono kolorem białym. Źródło: Joanna Trylska
Za pomocą symulacji komputerowych polskie badaczki we współpracy z amerykańskim naukowcem ustaliły, dlaczego niektóre bakterie zawierające mutacje są oporne na działanie antybiotyku - aminoglikozydu. Zespół zaproponował, jak zmodyfikować antybiotyk, aby pokonać zmutowane bakterie. Wyniki badań mgr Julii Romanowskiej i dr hab. Joanny Trylskiej z Wydziału Fizyki i Interdyscyplinarnego Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM) Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. J. Andrew McCammona z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego ukazały się na łamach "PLoS Computational Biology".
"Zastosowaliśmy metodę modelowania molekularnego, żeby wyjaśnić jeden z mechanizmów oporności bakterii na aminoglikozydy" - mówi w rozmowie z PAP Joanna Trylska.
Wyjaśnia, że aminoglikozydy to antybiotyki używane np. w szpitalach i w weterynarii do zwalczania ciężkich infekcji bakteryjnych. Działanie tych leków polega na zaburzeniu metabolizmu bakterii poprzez oddziaływanie z RNA ich rybosomów.
Joanna Trylska dodaje, że rybosom jest maszyną molekularną odpowiedzialną za syntezę białek. Jeśli nie działa prawidłowo (a aminoglikozydy przyłączając się do rybosomów bakterii zaburzają ich pracę), bakteria ginie.
"Skuteczność aminoglikozydów jest jednak mocno ograniczona mechanizmami obronnymi bakterii. Jeden z wielu mechanizmów oporności bakterii na antybiotyki wynika z mutacji" - mówi uczona. Wyjaśnia, że w czasie takiej mutacji, może nastąpić zamiana nukleotydów (elementów budulcowych RNA), w miejscu, w którym antybiotyk przyłącza się do bakteryjnego RNA. Po takiej mutacji przyłączenie się antybiotyku do rybosomu jest o wiele trudniejsze i substancja przestaje być dla bakterii niebezpieczna.
Jak zaznacza naukowiec, większość takich spontanicznych mutacji może mikroorganizm zabić, ale te bakterie, które przeżyją, mogą stać się oporne na aminoglikozdy. Joanna Trylska wyjaśnia, że bakterie mogą też horyzontalnie przekazywać sobie fragmenty DNA (na przykład przez plazmidy). "Dzieje się to nie na zasadzie dziedziczenia, ale +pocztą bakteryjną+ - obrazuje uczona. - Można to sobie wyobrazić, jakby jedna bakteria dawała drugiej przesyłkę, w której znajdują się informacje, jak uciec od leku. W ten sposób na działanie antybiotyku może uodpornić się cały szczep bakterii."
"W naszych badaniach wyjaśniliśmy, dlaczego antybiotyk nie łączy się z RNA bakterii, które zawiera inne nukleotydy niż w standardowej sekwencji. To nam pozwoliło zaproponować pewne modyfikacje aminoglikozydu, dzięki którym lek nie byłby wrażliwy na określone zmiany sekwencji RNA bakterii w miejscu wiązania" - tłumaczy rozmówczyni PAP.
Model fragmentu rybosomu z przyłączonym antybiotykiem (aminoglikozydem, kolor czerwony). RNA rybosomu zaznaczono kolorem białym. Źródło: Joanna Trylska
Na czym polega w tych badaniach matematyczne modelowanie? "Budujemy komputerowy model badanych związków, czyli aminoglikozydów i fragmentu RNA, z którym aminoglikozydy oddziałują. Tworzymy matematyczno-fizyczny model oddziaływań między tymi cząsteczkami i badamy np. ich dynamikę. Symulacje prowadzone są zarówno dla standardowego RNA, jak i zmutowanego fragmentu opornego na aminoglikozydy" - opisuje Joanna Trylska.
Teraz naukowcy za pomocą komputerowych symulacji próbują rozpracować inny mechanizm uodparniający bakterie na działanie aminoglikozydów. Bo, jak wyjaśnia Trylska, kolejnym sposobem obrony bakterii przed antybiotykiem jest wydzielanie enzymów, które mogą inaktywować lek.
"Zachodzi wtedy modyfikacja aminoglikozydu, która sprawia, że cząsteczka antybiotyku nie może się przyłączyć do rybosomu bakterii, czyli nie może zablokować mechanizmu syntezy białek bakteryjnych. My badamy oddziaływanie aminoglikozydów z enzymami bakteryjnymi, które powodują ich inaktywację" - mówi badaczka i zaznacza, że pewne celowe modyfikacje antybiotyku mogłyby uodpornić go na działanie bakteryjnego enzymu.
"Zastosowaliśmy metodę modelowania molekularnego, żeby wyjaśnić jeden z mechanizmów oporności bakterii na aminoglikozydy" - mówi w rozmowie z PAP Joanna Trylska.
Wyjaśnia, że aminoglikozydy to antybiotyki używane np. w szpitalach i w weterynarii do zwalczania ciężkich infekcji bakteryjnych. Działanie tych leków polega na zaburzeniu metabolizmu bakterii poprzez oddziaływanie z RNA ich rybosomów.
Joanna Trylska dodaje, że rybosom jest maszyną molekularną odpowiedzialną za syntezę białek. Jeśli nie działa prawidłowo (a aminoglikozydy przyłączając się do rybosomów bakterii zaburzają ich pracę), bakteria ginie.
"Skuteczność aminoglikozydów jest jednak mocno ograniczona mechanizmami obronnymi bakterii. Jeden z wielu mechanizmów oporności bakterii na antybiotyki wynika z mutacji" - mówi uczona. Wyjaśnia, że w czasie takiej mutacji, może nastąpić zamiana nukleotydów (elementów budulcowych RNA), w miejscu, w którym antybiotyk przyłącza się do bakteryjnego RNA. Po takiej mutacji przyłączenie się antybiotyku do rybosomu jest o wiele trudniejsze i substancja przestaje być dla bakterii niebezpieczna.
Jak zaznacza naukowiec, większość takich spontanicznych mutacji może mikroorganizm zabić, ale te bakterie, które przeżyją, mogą stać się oporne na aminoglikozdy. Joanna Trylska wyjaśnia, że bakterie mogą też horyzontalnie przekazywać sobie fragmenty DNA (na przykład przez plazmidy). "Dzieje się to nie na zasadzie dziedziczenia, ale +pocztą bakteryjną+ - obrazuje uczona. - Można to sobie wyobrazić, jakby jedna bakteria dawała drugiej przesyłkę, w której znajdują się informacje, jak uciec od leku. W ten sposób na działanie antybiotyku może uodpornić się cały szczep bakterii."
"W naszych badaniach wyjaśniliśmy, dlaczego antybiotyk nie łączy się z RNA bakterii, które zawiera inne nukleotydy niż w standardowej sekwencji. To nam pozwoliło zaproponować pewne modyfikacje aminoglikozydu, dzięki którym lek nie byłby wrażliwy na określone zmiany sekwencji RNA bakterii w miejscu wiązania" - tłumaczy rozmówczyni PAP.
Model fragmentu rybosomu z przyłączonym antybiotykiem (aminoglikozydem, kolor czerwony). RNA rybosomu zaznaczono kolorem białym. Źródło: Joanna Trylska
Na czym polega w tych badaniach matematyczne modelowanie? "Budujemy komputerowy model badanych związków, czyli aminoglikozydów i fragmentu RNA, z którym aminoglikozydy oddziałują. Tworzymy matematyczno-fizyczny model oddziaływań między tymi cząsteczkami i badamy np. ich dynamikę. Symulacje prowadzone są zarówno dla standardowego RNA, jak i zmutowanego fragmentu opornego na aminoglikozydy" - opisuje Joanna Trylska.
Teraz naukowcy za pomocą komputerowych symulacji próbują rozpracować inny mechanizm uodparniający bakterie na działanie aminoglikozydów. Bo, jak wyjaśnia Trylska, kolejnym sposobem obrony bakterii przed antybiotykiem jest wydzielanie enzymów, które mogą inaktywować lek.
"Zachodzi wtedy modyfikacja aminoglikozydu, która sprawia, że cząsteczka antybiotyku nie może się przyłączyć do rybosomu bakterii, czyli nie może zablokować mechanizmu syntezy białek bakteryjnych. My badamy oddziaływanie aminoglikozydów z enzymami bakteryjnymi, które powodują ich inaktywację" - mówi badaczka i zaznacza, że pewne celowe modyfikacje antybiotyku mogłyby uodpornić go na działanie bakteryjnego enzymu.
Poinformuj znajomych o tym artykule:
REKLAMA
Inne w tym dziale:
- Podnośniki koszowe, usługi dźwigowe. Bydgoszcz REKLAMA
- Żylaki. Leczenie żylaków kończyn dolnych. Bydgoszcz, Inowrocław, Chojnice, Tuchola. REKLAMA
- Ortopeda. Chirurgia ortopedyczna. Medycyna sportowa. Warszawa REKLAMA
- Nowoczesne leczenie i optymizm – najlepsze antidotum na SM
- Choroba poznana 80 lat temu - wciąż nieznana. Rusza pierwsza w Polsce kampania edukacyjna dla pacjentów z ultrarzadkim nowotworem krwi: „Makroglobulinemia Waldenströma. Śladami Doktora Jana”
- Choroba Gauchera – wizytówka polskiego podejścia do chorób ultrarzadkich
- Antykoncepcja awaryjna nabiera tempa: Nowe dane Centrum e-Zdrowia
- Kardiolożka: o serce trzeba dbać od najmłodszych lat
- Ponad 600 tys. Polaków zaszczepiło się przeciw grypie
- Refundacja na papierze. Pacjentki tylko z jednego województwa mogą liczyć na leczenie zgodne z listą refundacyjną, która weszła w życie kilka miesięcy temu
- Pierwsze w Polsce zabiegi ablacji arytmii z zastosowaniem technologii CARTOSOUND FAM. „Niezwykle ważny krok w rozwoju elektrofizjologii”
- Czy starsi pacjenci otrzymają lepszą ochronę jeszcze w tym sezonie?
- Wyzwania hematoonkologii - na jakie terapie czekają polscy pacjenci?
- Wszystkie w tym dziale
REKLAMA
