Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.
Čoraz viac baktérií odoláva liečbe antibiotikami a začína to byť vážny zdravotnícky problém. Jednou z takýchto baktérií je aj zlatý stafylokok, ktorý môže spôsobiť aj život ohrozujúce infekcie.
V boji proti odolným baktériam by raz mohli pomáhať aj vírusy zvané bakteriofágy. "Sú veľmi presné, na rozdiel od antibiotík vyhubia iba zlé baktérie," vysvetľuje v rozhovore pre SME slovenský výskumník DOMINIK HREBÍK z brnenského inštitútu CEITEC.
Vo vedeckom časopise Science Advances nedávno vyšla štúdia, pod ktorou je Hrebík podpísaný ako prvý autor.
Zlatý stafylokok sa bežne vyskytuje v ľudskom tele – v nose, v ústach, v tráviacom trakte. Čo sa musí stať, že sa zrazu premení na problém?
Väčšinou sa to stane, keď má človek nedostatočnú imunitu. Vtedy má infekcia šancu rozvinúť sa. Človek sa tiež môže nakaziť novým odolnejším a agresívnejším kmeňom stafylokoka. Ten potom vytvára väčšie množstvo toxínov, s ktorým si telo už nevie poradiť.
Čiže telo bežne zvláda látky, ktoré stafylokok vytvára?
Je to taká rovnováha.
Aké problémy v ľudskom tele môže zlatý stafylokok spôsobiť?
Väčšinou vyvoláva rôzne formy zápalu pľúc či stredného ucha, alebo kožné ochorenia. Záleží od toho, kde v tele sa usadí. Neliečiteľné stafylokoky môžu viesť až k smrti. Spôsobiť tiež môže chronické ochorenia.
Svetová zdravotnícka organizácia zaradila zlatého stafylokoka na zoznam najnebezpečnejších patogénov, ktoré odolávajú antibiotikám. Tých je čoraz viac. Vyvíjajú na ne stále nové lieky, no môže to takto ísť do nekonečna?
Teoreticky áno. Bolo by však potrebné vyvinúť úplne novú rodinu antibiotík. Lebo väčšinou sa upravujú existujúce antibiotiká, a tak nehovoríme o úplne novom type. Baktéria ale môže veľmi rýchlo získať odolnosť aj na upravené antibiotikum. Preto sa snažíme orientovať na niečo úplne iné.
Ako s bojom s odolnými patogénmi súvisia bakteriofágy, ktoré skúmate?
Bakteriofág funguje ako antibiotikum. Je schopný zamerať sa na jednu konkrétnu rodinu baktérií, dajme tomu stafylokoka a vyhubiť iba ju. Na rozdiel od antibiotika je oveľa presnejší, keďže vyhubí iba zlé baktérie a nepoškodí napríklad črevnú mikroflóru. Antibiotiká zabijú všetky baktérie v tele, nevyberajú si, či sú dobré alebo zlé.
Antibiotiká už nezachránime, aké lieky ich doplnia? Čítajte Čo je vlastne bakteriofág?
Vírus, ktorý nenapáda človeka, ale ničí iba baktérie. Vyrobí pritom mnoho svojich kópií. Je ako chrípka. Tak ako ona napáda eukaryotické bunky, bakteriofág napadne tie baktérie, na ktoré sa špecializuje.
Vďaka čomu je bakteriofág takýto efektívny?
Na tele má viacero bielkovín. Tie sú schopné vyhľadať inú bielkovinu alebo molekulu na povrchu baktérie. Keď ju nájde, pomocou bielkovín sa ukotví na tele patogénu. Potom začne nahlodávať baktériu a spustí v nej infekciu. Fág je veľmi malý, zhruba stokrát menší ako baktéria, ktorá má približne tisícinu milimetra.
Obrázok fága pod elektrónovým mikroskopom pri 75-tisícnásobnom zväčšení. Častice fága sú tmavé guličky s bičíkom. KLIKNITE PRE ZVÄČŠENIE. (zdroj: Dominik Hrebík)O potenciáli bakteriofágov vedci vedeli od začiatku minulého storočia. No zdá sa, akoby sa na ne zabudlo a až teraz sa dostávajú do povedomia.
Môžu za to antibiotiká, ktoré sa objavili začiatkom dvadsiateho storočia. Bolo oveľa jednoduchšie pripraviť ich a na svoju dobu boli zároveň veľmi účinné. Zachránili milióny životov, pretože ľudia zrazu neumierali na obyčajné infekcie. Bakteriofágy bolo ťažšie pripraviť. Ľudia ešte nevedeli, ako presne ich použiť, aj keď s nimi už experimentovali.
Čiže až technologický pokrok umožnil vedcom zistiť, ako môžu pomôcť?
Áno. Výskum bakteriofágov nepokračoval rovnako rýchlo ako výskum antibiotík, keďže tie boli oveľa účinnejšie.
Vo výskume ste sa venovali bakteriofágu s označením P68, ktorý dokáže zničiť až osemdesiat percent kmeňov zlatého stafylokoka. Ako prebiehal výskum?
Najťažšie bolo zistiť štruktúru fága, aby sme ho opísali až na úroveň atómov. Dokázali sme to vďaka tomu, že na Masarykovej univerzite máme kryoelektrónové mikroskopy. Umožnili nám preštudovať bakteriofága dosiaľ najpodrobnejšie.
Vonkajšia a vnútorná štruktúra bakteriofága P68. Obrázok ukazuje fága v rôznych častiach jeho životného cyklu. (zdroj: Dominik Hrebík)Ako vyzerá práca s takým malým organizmom?
Fága necháme plávať v kvapke roztoku. Kvapku umiestnime na sieťku a veľmi rýchlo ju zmrazíme, aby nevznikol kryštalický ľad, ktorý by inak robil problémy. Zmrazenie je také rýchle, že to vyzerá, akoby sme zastavili čas.
Vzorku potom dáme do mikroskopu, ktorým fága pozorujeme. Vytvárame tiež snímky, ktoré prenesieme do počítača a pomocou algoritmov získame trojrozmerný obraz vo veľmi vysokom detaile.
Prekvapil vás bakteriofág niečím?
Zistili sme, že má viac bielkovín, než sme predpokladali. Objavili sme tiež jednu celkom novú, ktorá pomáha fágu preniknúť do baktérie.
Dá sa táto schopnosť využiť aj mimo bakteriofágu?
Presne toto vedci robia, keď spoznajú funkciu nejakého zložitejšieho organizmu. Vezmú bielkovinu a skúšajú, čo sama o sebe dokáže proti baktériám. Zväčša to k niečomu vedie. Skúšali sme to samozrejme aj my a bielkovina zabíjala baktérie. O tom bude naša ďalšia štúdia.
Aký bol ohlas na vašu štúdiu v zahraničí?
Bol som z neho prekvapený. Dostával som od vedcov maily, že sa im práca páči, prípadne si pýtali dodatočné informácie o tom, ako sme robili niektoré veci. Pri elektrónovej mikroskopii sme totiž postupovali spôsobom, aký málokomu predtým napadol. Hlavný cieľ štúdie bolo zistiť, ako fága zrekonštruovať v trojrozmernom modeli. Vedci teraz chcú náš prístup vyskúšať aj na iných bakteriofágoch.
Dominik Hrebík s kolegyňou Martou Šiborovou prezentovali výskum bakteriofága P68 na súťaži Science Slam. (zdroj: Facebook/Science Slam Muni/Irene Matusevich)Myslíte si že, fágová liečba má potenciál nahradiť antibiotiká ako spôsob liečby?
Asi nie úplne, lebo bakteriofágy sú veľmi špecifické. Na každú baktériu by ste potrebovali konkrétneho batkeriofága. Preto sa väčšinou používajú bakteriofágové kokteily, v ktorých je ich veľa, a tým sa zvyšuje účinnosť. Myslím si, že bakteriofágy sa budú používať vo chvíli, keď už v liečbe nič iné nebude zaberať. Prípadne ako prevencia infekcií v nemocniciach, kde sú najviac odolné baktérie.
Má liečba bakteriofágmi ešte nejaké výhody, okrem toho, že ľudské telo nenapáda?
Po prvýkrát videli, ako imunitné bunky skúmajú okolie a chránia nás Čítajte Dajú sa ľahko získať v čistej podobe. No pre farmaceutické spoločnosti je náročné zaregistrovať bakteriofágy ako liečivo. Sú totiž prírodným produktom, nie čosi umelo vytvorené.
Zjednodušene povedané, našli ste spôsob, ako bojovať proti jednému odolnému patogénu. Poznáme bakteriofágy, ktoré zastavia zvyšné problémové baktérie?
Postupne áno. Keďže každá baktéria má svojho bakteriofága, je teoreticky možné ich použiť. Len je potrebné najprv nájsť toho správneho. My už skúmame bakteriofágy, ktoré pôsobia proti veľmi odolným baktériám pseudomonas aeruginosa. Spôsobujú napríklad zápal močových ciest, stredného ucha či hnisanie popálenín.
Aký je stav výskumu bakteriofágov vo svete?
Teraz opäť zažíva rozmach. Náš výskum bol jedným z prvých, ktorý veľmi detailne určil štruktúru bakteriofága. Vďaka mikroskopom sa dá pozorovať, ako fág preniká do baktérie a čo v nej narobí.
Vychádzajú ďalšie úspešné články v časopisoch. Zaujímavé napríklad je, že aj metódu CRISPR/Cas9, ktorá sa používa na úpravu génov, najprv objavili ako obranný mechanizmus baktérií voči fágom.
Dominik Hrebík
- Vyštudoval magisterské štúdium v obore biochémia na Masarykovej univerzite.
- V diplomovej práci sa venoval štúdiu proteínov pomocou NMR spektroskopie.
- Ako doktorand sa v skupine držiteľa grantu ERC Pavla Plevku zo Stredoeurópskeho technologického inštitútu venuje skúmaniu štruktúry a životného cyklu rôznych vírusov pomocou kryo-elektrónovej mikroskopie a roentgenovej kryštalografie.
- Tiež sa zaujíma o rozvoj nových metód v oblasti kryo-elektrónovej mikroskopie.
Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku
