Naukowcy z Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych UW oraz Instytutu Biomedycyny w Walencji, należącego do Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych, wykazali, że „bardziej lepka” bakteria może wiązać się z łagodniejszym przebiegiem zakażenia krwi. Może to w przyszłości pomóc w ocenie ryzyka u pacjentów. Artykuł opisujący wyniki badań ukazał się w czasopiśmie „Nature Communications”.

Staphylococcus aureus, czyli gronkowiec złocisty, jest jedną z głównych przyczyn ciężkich zakażeń krwi. Bakteria ta jest powszechnie kojarzona z wysoką wirulencją oraz trudnościami terapeutycznymi, jednak przebieg zakażenia może znacząco różnić się między pacjentami. U części chorych infekcja zostaje opanowana, u innych prowadzi do sepsy, powikłań narządowych lub śmierci.

Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications” pokazują, że ta zmienność może zależeć nie tylko od obecności pojedynczych genów wirulencji, lecz także od równowagi między dwiema cechami bakterii: zdolnością do przyłączania się do białek gospodarza oraz zdolnością do produkcji toksyn.

Badaniami kierowały dr hab. Marta Zapotoczna oraz Paula Rożen z Laboratorium Biologii Infekcji w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z dr. Franceskiem Collem z Instytutu Biomedycyny Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych. Zespół przeanalizował 236 izolatów S. aureus pobranych od pacjentów z bakteriemią. Naukowcy zbadali, jak silnie poszczególne szczepy wiążą ludzkie białka, fibrynogen i fibronektynę, które odgrywają ważną rolę podczas zakażenia. Następnie połączyli te dane z wynikami sekwencjonowania całych genomów bakterii oraz informacjami klinicznymi dotyczącymi pacjentów.

Wyniki okazały się zaskakujące. Szczepy silniej wiążące fibrynogen były związane z mocniejszą odpowiedzią zapalną, odzwierciedlaną m.in. przez wyższy poziom białka C-reaktywnego. Jednocześnie, zwłaszcza gdy szczepy te nie produkowały aktywnej α-toksyny, wiązały się z niższą śmiertelnością. Innymi słowy, w określonych warunkach „bardziej lepkie” bakterie mogą skuteczniej alarmować układ odpornościowy i pomagać organizmowi w opanowaniu zakażenia.

Kompromis wirulencji

– Nasze wyniki pokazują, że w bakteriemii wywołanej przez S. aureus adhezja nie jest wyłącznie cechą pomagającą bakteriom wywoływać zakażenie. W określonym kontekście biologicznym może uruchamiać odpowiedź zapalną, która wspiera organizm w kontroli infekcji – podkreśla dr hab. Marta Zapotoczna.

Badacze opisują to zjawisko jako kompromis wirulencji. Szczepy o wysokiej adhezji i niskiej toksyczności częściej wywoływały silną, ale potencjalnie korzystną odpowiedź zapalną. Z kolei szczepy słabo adhezyjne, które produkowały α-toksynę, mogły skuteczniej unikać mechanizmów obronnych gospodarza i częściej wiązały się z cięższym przebiegiem choroby.

Analizy genomowe pozwoliły również zidentyfikować czynniki bakteryjne sprzyjające silniejszej adhezji. Obejmowały one warianty genów kodujących znane adhezyny, takie jak clfA, fnbA i fnbB, a także geny zaangażowane w organizację ściany komórkowej i metabolizm bakterii, w tym spa, csbB i glcA. Dalsze eksperymenty mechanistyczne wykazały, że białko A może ograniczać adhezję zależną od ClfA do fibrynogenu, najprawdopodobniej poprzez steryczne blokowanie miejsca wiązania. CsbB wpływa natomiast na ekspozycję ClfA na powierzchni komórki bakteryjnej, a GlcA łączy metabolizm bakterii z adhezją do fibronektyny.

Wartość badań

Znaczenie badania wykracza poza podstawowe poznanie biologii S. aureus. Autorzy sugerują, że w przyszłości jednoczesne profilowanie właściwości adhezyjnych i toksycznych szczepów S. aureus wywołujących zakażenie mogłoby wspierać ocenę ryzyka u pacjentów z bakteriemią. Ten kierunek badań może przyczynić się do opracowania bardziej precyzyjnych narzędzi diagnostycznych oraz lepiej dopasowanych strategii leczenia. Dalsze prace w tym obszarze będą prowadzone między innymi w nowych projektach kierowanych przez dr hab. Martę Zapotoczną, w tym w projekcie SONATA BIS finansowanym przez Narodowe Centrum Nauki.

– Nasza praca pokazuje, że aby zrozumieć potencjał chorobotwórczy bakterii, powinniśmy badać nie tylko ich oporność na antybiotyki, lecz także mechanizmy, dzięki którym patogeny oddziałują z organizmem pacjenta. Koncentracja na mechanizmach patogenności może przybliżyć nas do przewidywania i kontrolowania ryzyka związanego z infekcją, uzupełniając klasyczne podejścia oparte na analizie genów oporności na antybiotyki – dodaje dr hab. Marta Zapotoczna.

Artykuł jest wynikiem międzynarodowej współpracy naukowców z Polski, Hiszpanii, Wielkiej Brytanii i Francji. W badaniu uczestniczyli badacze z Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum, University of Birmingham, Instytutu Biomedycyny w Walencji Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych oraz francuskich ośrodków badawczych i klinicznych związanych z INSERM, CNRS, Uniwersytetem w Lyonie i Krajowym Centrum Referencyjnym ds. Gronkowców.