Antybiotyki zabijają bakterie uszkadzając ich DNA

Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego odkryli, że pomimo tego, iż antybiotyki atakują wiele części komórek bakterii, to właśnie uszkodzenia ich DNA odpowiadają za skuteczność tego rodzaju leków. Rezultaty badań zostały opublikowane w magazynie Science.

To zadziwiające, że byliśmy leczeni antybiotykiami od ponad 70 lat, mimo że nie wiedzieliśmy dokładnie w jaki sposób działają.

Naukowcy twierdzą, że zrozumienie tego mechanizmu pomoże udoskonalić nam istniejące już leki. Jest to o tyle ważne, że w ciągu ostatnich 40 lat zostało opracowanych zaledwie kilka nowych antybiotyków, a wiele szczepów bakterii uodporniło się na te, które są obecnie dostępne.

Dzięki temu odkryciu możemy zwiększyć skuteczność istniejących leków, a także ich bezpieczeństwo poprzez zmniejszenie wymaganych dawek - uważa Dr James J. Collins

W 2007 Collins odkrył, że 3 rodzaje antybiotyków takich jak chinolony, beta-laktamy i aminoglikozydy zabijają komórki produkując rodniki hydroksylowe – wysoce destrukcyjne cząsteczki atakujące lipidy i utleniające białka oraz DNA.

Najnowsze badania wykazały jednak, że większość z tych uszkodzeń nie jest śmiertelna. Najbardziej zabójcze dla komórki bakterii jest uszkodzenie guaniny – jednego z czterech nukleotydów lub elementów budulcowych DNA.

Naukowcy odkryli, że jeśli umieszczą w DNA uszkodzoną (np. poprzez utlenianie) guaninę, komórka będzie starała się naprawić szkody, ale zamiast tego przyspieszy swoje zniszczenie.

Zdaniem dra Grahama Walkera, powyższy mechanizm nie jest odpowiedzialny za wszystkie zniszczenia komórek, ale na pewno za większość z nich.

Zespół rozpoczął badania nad właściwościami guaniny z powodu badań Walkera dotyczących naprawy enzymów DNA. Mieli przeczucie, że utleniona guanina odegra kluczową rolę w śmierci komórek. Na początku odkryto, że DinB – enzym kopiujący DNA aktywowany w momencie uszkodzenia komórki, wykorzystuje utlenioną guaninę.

Wówczas jednak działanie DinB nie jest prawidłowe, gdyż wstawia uszkodzoną guaninę do nowych nici DNA w nieprawidłowy sposób, a komórka próbując naprawić te błędy przyczynia się do własnej śmierci.

Następnie badacze pokazali, że ten sam mechanizm występuje w antybiotykach – ich rodniki hydroksylowe wywołują tę samą kaskadę uszkodzeń DNA.

Zdaniem Walkera jest to system, który normalnie odpowiada za ochronę komórki, jednak potraktowany w odpowiedni sposób, sam staje się katem.

Dr Deborah Hung, która nie była zaangażowana w te badania uważa, że poprzez tego typu działania medycyna przeżywa renesans zrozumienia, jak działają antybiotyki.

Kiedyś myśleliśmy, że już to wiedzieliśmy, a teraz zdaliśmy sobie sprawę, że wszystkie nasze proste założenia były błędne, i jest to znacznie bardziej skomplikowane.

Naukowcy mają również sugestie w jaki sposób ta wiedza ta może zostać wykorzystana do istniejących leków, aby zwiększyć ich skuteczność w niszczeniu bakterii. W niektórych przypadkach komórka bakterii może się uratować w wyniku procesu zwanego rekombinacją homologiczną. Zatrzymanie tego procesu np. poprzez wyłączenie wymaganych enzymów, może doprowadzić do zwiększenia wrażliwości bakterii na dany antybiotyk.