تحطيم الدفاعات البكتيرية: كيف تعمل المضادات الحيوية البوليميكسين

تقدم هذه المقالة نظرة عميقة على كيفية تأثير المضادات الحيوية البوليميكسين على الدفاعات البكتيرية وكيف يمكن أن تؤدي هذه الاكتشافات إلى علاجات جديدة.

تحطيم الدفاعات البكتيرية بواسطة المضادات الحيوية

أظهر فريق بقيادة جامعة كاليفورنيا (UCLENT College London) والباحثون في كلية إمبريال في لندن لأول مرة كيف تقوم المضادات الحيوية المنقذة للحياة البوليميكسين بيرس بتحطيم درع البكتيريا الضارة.

النتائج التي نشرت في المجلة علم الأحياء الدقيقة الطبيعة، قد تؤدي إلى علاجات جديدة للعدوى البكتيرية – خاصةً في ظل أن الالتهابات المقاومة للمخدرات تقتل بالفعل أكثر من مليون شخص في السنة.

كيف تعمل البوليميكسينات

تم اكتشاف البوليميكسينات منذ أكثر من 80 عامًا وتستخدم كعلاج آخر للإصابة بالالتهابات الناجمة عن البكتيريا “السلبية”. هذه البكتيريا لها طبقة سطح خارجي تعمل مثل الدروع وتمنع بعض المضادات الحيوية من اختراق الخلية. من المعروف أن البوليميكسينات تستهدف هذه الطبقة الخارجية، ولكن كيف تعطلها ثم تقتل البكتيريا لا يزال غير مفهومة.

في الدراسة الجديدة، كشف فريق الأبحاث من خلال الصور عالية الدقة والتجارب الكيميائية الحيوية كيف تسبب البوليميكسين B بسرعة في اندلاع السطح والانتفاخات على سطح كولاي الخلية البكتيرية.

هذه النتوءات، التي ظهرت في غضون دقائق، تبعتها البكتيريا التي تسقط بسرعة درعها الخارجي.

وخلص الباحثون إلى أن المضادات الحيوية قد أثارت الخلية لإنتاج دروع جديدة. كلما حاولت الخلية صنع دروع جديدة، كلما فقدت ما صنعته، مما ترك فجوات في دفاعاتها، مما يسمح للمضادات الحيوية بدخول الخلية وقتلها.

البكتيريا النائمة وتأثيرها على فعالية المضادات الحيوية

ومع ذلك، وجد الفريق أن هذه العملية – النتوءات، والإنتاج السريع والتخلص من الدروع، وموت الخلايا – لم تحدث إلا عندما كانت الخلية نشطة. في البكتيريا النائمة، يتم إيقاف إنتاج الدروع، مما يجعل المضادات الحيوية غير فعالة.

قال المؤلف المشارك الدكتور أندرو إدواردز، من إمبريال: “على مدى عقود، افترضنا أن المضادات الحيوية التي تستهدف الدروع البكتيرية تمكنت من قتل الميكروبات في أي حالة، سواء كانت تتكرر بشكل نشط أو كانت نائمة، لكن هذه ليست الحالة. في حالة السبات، لم تعد الأدوية تعمل – وهذا أمر مفاجئ للغاية”.

أن تصبح نائمة يسمح للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة في ظروف غير مواتية مثل نقص الغذاء. يمكنهم البقاء نائمة لسنوات عديدة و “الاستيقاظ” عندما تصبح الظروف أكثر ملاءمة. هذا يمكن أن يسمح للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة ضد المضادات الحيوية، على سبيل المثال، والاستعادة للتسبب في التهابات متكررة في الجسم.

قال المؤلف المشارك البروفيسور بارت هويوجين بوم، ومقره مركز لندن لتكنولوجيا النانو في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: “تعتبر البوليميسين خط دفاع مهم ضد البكتيريا سالبة الجرام، والتي تسبب العديد من العدوى المقاومة للمخدرات. من المهم أن نفهم كيف يعملون”.

التحديات المستقبلية

“إن التحدي التالي هو استخدام هذه النتائج لجعل المضادات الحيوية أكثر فعالية. قد تكون إحدى الاستراتيجيات هي الجمع بين علاج البوليميكسين – بشكل معاكس – مع العلاجات التي تعزز إنتاج الدروع و/أو “استيقاظ” الخلايا النائمة بحيث يمكن القضاء على هذه الخلايا أيضًا.

“يوضح عملنا أيضًا أننا بحاجة إلى مراعاة ما هي حالة البكتيريا عندما نقيم فعالية المضادات الحيوية.”

تم تصوير خلايا كولاي في مركز لندن لتكنولوجيا النانو في UCL. تم تشغيل إبرة صغيرة، فقط عدد قليل من المقاييس النانوية، فوق الخلية البكتيرية، “الشعور” بالشكل لإنشاء صورة (تقنية تسمى المجهر الذري) بدقة أعلى بكثير مما يمكن أن يكون باستخدام الضوء.

وقالت المؤلفة المشاركة كارولينا بوريلي، طالبة الدكتوراه في مركز لندن لتكنولوجيا النانو في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: “كان من المذهل رؤية تأثير المضادات الحيوية على السطح البكتيري في الوقت الفعلي. إن صورنا للبكتيريا تُظهر بشكل مباشر كم من البوليمكسينات يمكن أن تتسبب في التهاب البكتيريا، مما يسمح للمضادات الحيوية بالتسلل.”

قارن الفريق مدى نشاط (النمو) وغير النشط كولاي استجابت الخلايا للبوليميكسين B في المختبر، ووجدوا أن المضادات الحيوية تخلصت بكفاءة من الخلايا النشطة ولكنها لم تقتل الخلايا النائمة.

كما اختبروا كولاي استجابة الخلايا مع وبدون الوصول إلى السكر (مصدر غذائي يستيقظ خلايا نائمة). عندما كان السكر موجودًا، قتل المضادات الحيوية الخلايا النائمة سابقًا، ولكن فقط بعد تأخير 15 دقيقة – الوقت اللازم للبكتيريا لاستهلاك السكر واستئناف إنتاج درعها الخارجي.

في الظروف التي كان فيها المضادات الحيوية فعالة، اكتشف الباحثون المزيد من الدروع التي يتم إطلاقها من البكتيريا. كما لاحظوا الانتفاخات التي تحدث عبر سطح الخلية.

في الظروف التي كانت فيها غير فعالة، ربط المضادات الحيوية نفسه للغشاء الخارجي ولكنه تسبب في أضرار طفيفة.

قال المؤلف المشارك الدكتور إد دوغلاس، من الإمبراطورية: “لاحظنا أن تعطيل الدرع الخارجي للبكتيريا لم يحدث إلا عندما تستهلك البكتيريا السكر. بمجرد أن نعلم أنه يمكننا معرفة ما كان يحدث بسرعة”.

قال البروفيسور بويان بونف، من جامعة نوتنغهام: “لقد أعطانا العمل معًا رؤى فريدة في فسيولوجيا البكتيريا ومورفولوجيا تحت الإجهاد التي ظلت مخفية منذ عقود. الآن نفهم أفضل نقاط الضعف في البكتيريا”.

تم تمويل هذا العمل من قبل مجلس أبحاث العلوم البيولوجية للتكنولوجيا البيولوجية (BBSRC) ومجلس أبحاث العلوم الفيزيائية (EPSRC)، وأجزاء من أبحاث المملكة المتحدة والابتكار، و Wellcome.

المصدر: Health & Medicine News — ScienceDaily

فهم كيفية عمل المضادات الحيوية البوليميكسين يمكن أن يساعد في تطوير استراتيجيات جديدة لمكافحة العدوى البكتيرية المقاومة. تابعونا لمزيد من المعلومات حول الأبحاث الحديثة في هذا المجال.