Mikroorganizmy stale konkurują ze sobą o dostępne zasoby. Bakterie rozwinęły wyrafinowane metody zwalczania konkurentów, na przykład toksyny. Najbardziej znanymi przykładami naturalnych związków stosowanych w naturze są antybiotyki produkowane przez bakterie i grzyby.

Badania dotyczące toksyn zakodowanych w genomach niektórych bakterii przeprowadził zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie (Izrael). Współpracowali z nimi specjaliści z Koret School of Veterinary Medicine i Instytutu Naukowego Weizmanna w Rehovot oraz Universität Hohenheim w Stuttgracie (Niemcy).

Naukowcy opracowali innowacyjne podejście obliczeniowe w celu zidentyfikowania wcześniej nieodkrytych domen białkowych toksyn, które mają długość 100-150 aminokwasów, w ponad 105 000 genomach mikrobiologicznych. Te toksyny białkowe, zwane toksynami polimorficznymi, odgrywają kluczową rolę w wojnie mikrobiologicznej, zabijając konkurujące mikroorganizmy w różnych ekosystemach.

9 odkrytych przez międzynarodowy zespół toksyn może niszczyć komórki bakterii Escherichia coli oraz grzybów Saccharomyces cerevisiae bez szkody dla innych organizmów. Budzi to nadzieje na opracowanie nowych sposobów walki z infekcjami (dotyczącymi ludzi, zwierząt i roślin), zwłaszcza, że oporność na dotychczas znane antybiotyki staje się coraz większym problemem.

Ciekawostką jest, że toksyny wykazują silne działanie przeciwgrzybicze przeciwko szeregowi grzybów patogennych, jednocześnie nie wpływając na niektóre gatunki bezkręgowców i makrofagi. Wyniki eksperymentalne badania sugerują, że toksyny te działają przede wszystkim jako wydajne enzymy, które ukierunkowują niezbędne procesy komórkowe, takie jak błona komórkowa, DNA lub podział komórek.

Poszczególne toksyny działają w różny sposób: wprowadzona do hodowli bakterii E. coli toksyna PT1Em doprowadziła do degradacji DNA, PT2Nm oraz PT6Mc sprawiły, że wydłużone komórki bakteryjne nie mogły się dzielić, PT3Rs spowodowała wyciek DNA z komórek,PT4Ka - rozpad błony i obrzęk komórek, PT5Rb - agregację komórek, PT7Bc doprowadziła do zaniku DNA i przesunięcia błony do biegunów, PT8Li spowodowała nieprawidłowe ukształtowanie E. coli i degradację DNA, zaś PT9Cn - powstanie patologicznych minichromosomów.

Zdaniem autorów badania na szczególną uwagę zasługuje zidentyfikowanie pięciu genów antytoksyny, znanych również jako geny odporności, które chronią bakterie produkujące toksyny przed samozniszczeniem.

"Nasze odkrycia poszerzają wiedzę na temat tego, w jaki sposób bakterie wykorzystują toksyny w konkurencji z innymi drobnoustrojami i zapewniają ekscytujące możliwości przyszłych badań nad krytycznie potrzebnymi środkami przeciwdrobnoustrojowymi przeciwko ludzkim i roślinnym patogenom bakteryjnym i grzybiczym" - powiedział kierujący badaniami dr Asaf Levy z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie.

"Potencjał tych toksyn jako podstawy nowych metod leczenia klinicznego lub innowacji biotechnologicznych jest szczególnie ekscytujący" - dodał.

Jak podkreślają autorzy, badanie ma szerokie implikacje zarówno dla zrozumienia interakcji mikrobiologicznych w różnych środowiskach, jak i rozwoju środków przeciwdrobnoustrojowych nowej generacji. Ujawniając mechanizmy, poprzez które działają toksyny, badanie daje nadzieję na nowe metody leczenia w trwającej walce z infekcjami bakteryjnymi i grzybiczymi.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/