Właśnie wtedy stało się jasne, że niektóre z tych przywróconych molekuł potrafią skutecznie zwalczać bakterie, w tym mikroorganizmy będące poważnym problemem dla współczesnej medycyny. O szczegółach tego pomysłu jego autorzy piszą w pracy zamieszczonej w PLOS Biology.
Cała historia zaczyna się od laktoferyny, czyli białka obecnego między innymi w mleku, łzach, ślinie i śluzie jelitowym. Jedną z jej funkcji jest wiązanie żelaza, którego bakterie potrzebują do wzrostu i namnażania. W ten sposób organizm ogranicza patogenom dostęp do jednego z kluczowych składników odżywczych. Laktoferyna ma jednak jeszcze jedną broń. W jej strukturze znajduje się krótki fragment zwany laktoferycyną, który może bezpośrednio uszkadzać błony komórkowe bakterii.
Czytaj też: Z bakterii zrobili tranzystory. Naukowcy wydrukowali żywe płytki, które wykonują obliczenia
Badacze z University of Oregon chcieli sprawdzić, kiedy w toku ewolucji pojawiła się ta właściwość i jak zmieniała się przez kolejne miliony lat. W tym celu porównali setki sekwencji genów współczesnych kręgowców. Na podstawie pokrewieństwa poszczególnych gatunków wykorzystali metodę określaną jako rekonstrukcja sekwencji przodków. Pozwala ona statystycznie odtworzyć prawdopodobny wygląd białek występujących u wymarłych wspólnych przodków.
W ten sposób naukowcy cofnęli się do początków ssaków łożyskowych, czyli grupy obejmującej człowieka i większość współczesnych ssaków. Laktoferyna pojawiła się w tej linii około 160 milionów lat temu. Badacze zrekonstruowali kilka jej pradawnych wersji, a następnie zsyntetyzowali odpowiadające im peptydy i sprawdzili ich działanie na bakteriach. Eksperymenty objęły między innymi Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus oraz Streptococcus agalactiae. Wyniki pokazały, iż najstarsze zrekonstruowane peptydy posiadały już właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Potrafiły uszkadzać błony bakterii, choć część mikroorganizmów była w stanie częściowo naprawić powstałe szkody. W późniejszych wersjach molekuł aktywność przeciwdrobnoustrojowa stopniowo rosła.
Uwagę badaczy zwrócił wpływ pojedynczej zmiany w sekwencji aminokwasów. Naukowcy odkryli, że zastąpienie jednego aminokwasu innym znacząco zwiększało skuteczność peptydu przeciwko Pseudomonas aeruginosa. Chodziło o zmianę glutaminy na argininę w jednym konkretnym miejscu cząsteczki. Według badaczy tak niewielka modyfikacja wystarczyła, aby wyraźnie zwiększyć aktywność przeciwdrobnoustrojową.
Co więcej, niektóre pradawne wersje okazały się pod pewnymi względami skuteczniejsze od współczesnego ludzkiego odpowiednika. W eksperymentach część zrekonstruowanych peptydów silnie ograniczała przeżywalność bakterii, a niektóre doprowadzały do ich śmierci. W przypadku Pseudomonas aeruginosa późniejsze warianty powodowały nawet wielokrotny spadek liczby żywych komórek. Wyniki sugerują, iż ewolucja tego mechanizmu obronnego nie przebiegała po prostu według schematu: poszczególne wersje mogły być skuteczniejsze przeciwko określonym gatunkom bakterii, podczas gdy inne warianty lepiej działały na inne mikroorganizmy.
Czytaj też: Uśpione bakterie czekają, aż beton zacznie pękać. Wtedy zaczynają go naprawiać
Poczynione w badaniach postępy powinny odegrać ważną rolę w obliczu narastającej oporności bakterii na antybiotyki. Współczesna medycyna coraz częściej mierzy się z infekcjami, których leczenie jest utrudnione przez rozwój lekooporności. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe stanowią odmienny mechanizm obrony: zamiast działać wyłącznie na konkretny proces metaboliczny bakterii mogą między innymi zaburzać strukturę ich błon komórkowych.
Nie oznacza to jednak, że naukowcy właśnie odkryli nowy antybiotyk, który wkrótce trafi do aptek. Pradawne peptydy są dopiero punktem wyjścia do dalszych badań. Jednym z problemów jest ich stabilność. W przeciwieństwie do wielu klasycznych antybiotyków takie cząsteczki mogą być szybko rozkładane w organizmie, co utrudnia wykorzystanie ich jako leków. Konieczne będzie również sprawdzenie ich bezpieczeństwa i skuteczności w warunkach znacznie bardziej zbliżonych do rzeczywistego organizmu.
Źródło: PLOS Biology
