Tiskane izdaje
Pojavnost in resnost bolnišničnih črevesnih okužb z bakterijo Clostridium difficile (C. difficile) v zdravstvenih ustanovah po svetu iz leta v leto narašča. Vse pogostejši so zapleteni poteki bolezni, ki zahtevajo intenzivno zdravljenje ali celo odstranitev dela črevesja, stroški zdravljenja in preprečevanja okužb s to bakterijo pa po ocenah na ravni Evropske unije dosegajo tri milijarde evrov na leto.
Bakterija C. difficile je lahko asimptomatsko prisotna že v črevesju zdravih oseb, lahko pa je pridobljena v bolnišničnem okolju. Razrast bakterije sicer preprečuje normalna črevesna flora, ki pa se poruši, ko se bolnik zdravi z antibiotiki ali kemoterapijo. Takrat vzklijejo zelo odporne spore C. difficile, bakterije prerastejo črevesni mikrobiom in začnejo proizvajati dva toksina, A in B.
Posledično se pojavijo diareja, povišana telesna temperatura, slabost in bolečine v trebuhu, ki pogosto pripeljejo do hujših zapletov, kot so psevdomembranozni kolitis, predrtje stene debelega črevesa in sepsa ter tudi smrt. Okužbo zdravimo z antibiotiki, vendar to zdravljenje običajno ni učinkovito, ker je bakterija odporna proti širokemu spektru antibiotikov, poleg tega pa antibiotiki, tudi če so učinkoviti proti C. difficile, uničijo normalno črevesno floro, ki po antibiotičnem zdravljenju ostane porušena še kar nekaj časa, kar pri bolniku pogosto vodi v ponavljanje bolezni. Zato je nujno pridobiti nova znanja, s katerimi bo mogoče razviti nove pristope za zdravljenje okužb s tem nevarnim patogenom.
Sestava patogene bakterije
Z iskanjem novih vpogledov v delovanje človeškega patogena C. difficile se pod vodstvom dr. Dušana Turka ukvarja skupina za strukturno biologijo na odseku za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo pri Institutu Jožef Stefan.
Bakterija C. difficile pride v prvi stik z gostiteljem prek površinskih proteinov, ki sestavljajo zunanjo ovojnico bakterije (tako imenovana S-plast). V splošnem je S-plast dvodimenzionalna mreža proteinskih podenot, ki pokriva površino skoraj vseh arhej in številnih bakterij in igra ključno vlogo pri preživetju celice, njeni rasti in pri interakcijah z okoljem, vključno s pritrditvijo na gostiteljevo črevesno sluznico.
O funkciji in strukturi S-plasti in njenih proteinih pri bakteriji C. difficile ni veliko znanega. Sestavlja jo 29 proteinov družine CWP (angl. cell wall protein). Vsak izmed njih ima signalno sekvenco za transport proteina iz celice, običajno tudi domeno z že določeno ali samo predvideno encimsko funkcijo (proteaze, laktamaze …), vedno pa domeno CWB2 za vezavo proteina na bakterijsko celično steno (angl. cell wall binding). V naši skupini nam je pred nedavnim z uporabo visokozmogljivostnih metod kloniranja, izražanja in kristalizacije proteinov uspelo določiti strukturo dvema od teh 29 proteinov.
Iskanje novih terapij
Članek je bil objavljen v reviji Structure, ugledni reviji o strukturni biologiji. Strukturi, ki ju v članku predstavimo, potrjujeta hipotezo, da so ti proteini zgrajeni iz več domen, ter prvič razkrivata tudi zgradbo domene CWB2, ki je skupna vsem 29 proteinom Cwp in predstavlja ključno trimerno komponento za sidranje teh proteinov in s tem S-plasti v bakterijsko celično steno (glej sliko).
Domena CWB2 privzame obliko diska in je sestavljena iz treh delov z značilnim zvitjem. Na svoji površini nam razkriva ohranjene pozitivno nabite aminokislinske ostanke, ki bi lahko bili pomembni za vezavo na negativno nabite vezavne partnerje na bakterijski celični steni oziroma tarčni celici. Pričakujemo, da nam bo poznavanje struktur dalo osnovo za nadaljnje raziskave pri zdravljenju in preprečevanju okužbe z bakterijo C. difficile. Nakazalo nam bo, kako prekiniti interakcije med proteini v sami S-plasti in tudi med proteini S-plasti in njihovimi vezavnimi partnerji na gostiteljski celici.
To znanje je potencial, ki ga želimo uporabiti pri zasnovi in razvoju terapevtskih sredstev, ki bodo tarčno specifična za bakterijo C. difficile in bodo posledično ohranjala normalno črevesno floro nepoškodovano. Cilj teh študij je pridobiti znanja, ki nam bodo omogočila preprečiti stik in vezavo patogena na človeško črevesnosluznico.
dr. Nataša Lindič, dr. Dušan Turk, sodelavca Instituta Jožef Stefan
