دانشمندان مکانیسم اصلی انتقال بین عفونت های باکتریایی مزمن و حاد را شناسایی کردند

افرادی که سیستم ایمنی ضعیفی دارند در معرض خطر دائمی عفونت هستند. سودوموناس آئروژینوزایک باکتری محیطی رایج است که می‌تواند قسمت‌های مختلف بدن مانند ریه‌ها را مستعمره کند و منجر به عفونت‌های مزمن و پایدار شود که می‌تواند تا آخر عمر ادامه داشته باشد – یک اتفاق رایج در افراد مبتلا به فیبروز کیستیک.

اما باکتری‌ها گاهی اوقات می‌توانند رفتار خود را تغییر داده و وارد جریان خون شوند و باعث می‌شوند که عفونت‌های موضعی مزمن حاد و بالقوه کشنده شوند. با وجود دهه‌ها مطالعه انتقال در محیط‌های آزمایشگاهی، چگونگی و چرایی این تغییر در انسان ناشناخته مانده است.

با این حال، محققان موسسه فناوری جورجیا مکانیسم اصلی انتقال بین مزمن و حاد را شناسایی کرده‌اند P. aeruginosa عفونت ها ماروین وایتلی – استاد دانشکده علوم زیستی و بنی اچ و نلسون دی. آبل – کرسی زیست شناسی مولکولی و سلولی – و پنگبو کائو، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه وایتلی، ژنی را کشف کردند که این سوئیچ را هدایت می کند. با اندازه‌گیری بیان ژن باکتریایی در نمونه‌های بافت انسانی، محققان یک نشانگر زیستی برای این انتقال شناسایی کردند.

یافته های تحقیق آنها، منتشر شده در طبیعت، می تواند از توسعه درمان های آینده برای عفونت های حاد تهدید کننده زندگی خبر دهد.

به گفته وایتلی و کائو، باکتری ها مانند حیوانات همه کاره هستند و بسته به محیطشان رفتار متفاوتی دارند. یک فرد مبتلا به عفونت مزمن ممکن است روزی خوب شود، اما تغییرات محیطی در بدن می تواند باعث شود باکتری ها رفتار خود را تغییر دهند. این می تواند منجر به عفونت حاد شود و فرد ممکن است دچار سپسیس شود که نیاز به درمان فوری دارد.

برای سال‌ها، مردم این باکتری‌ها را در محیط‌های آزمایشگاهی به خوبی کنترل شده مطالعه می‌کنند، حتی اگر این آزمایشگاه مکانی است که اکثر میکروب‌ها هرگز ندیده‌اند. مطالعه ما رویکرد جدیدی را برای بررسی مستقیم رفتار باکتری در میزبان انسان در پیش گرفت.”

ماروین وایتلی، استاد دانشکده علوم زیستی

محققان نمونه‌های بافت انسانی عفونت‌های باکتریایی مزمن ریه و زخم را بررسی کردند. وایتلی و کائو با استفاده از فناوری‌های توالی‌یابی ژنتیکی سطوح همه انواع mRNA موجود در باکتری را اندازه‌گیری کردند. mRNA ها پروتئین هایی را رمزگذاری می کنند که تمام کارهای یک سلول را انجام می دهند، بنابراین با اندازه گیری سطح mRNA یک باکتری، می توان رفتار باکتری را استنباط کرد.

در حالی که P. aeruginosa دارای تقریباً 6000 ژن است، Whiteley و Cao دریافتند که یک ژن به ویژه – معروف به PA1414 – در نمونه‌های بافت انسانی بیش از هزاران ژن دیگر ترکیب شده است. سطوح آنقدر بالا بود که در ابتدا، کائو و وایتلی فکر کردند که مقدار mRNA PA1414 ممکن است یک مصنوع باشد – یک اشکال مرتبط با روش های توالی.

کائو گفت: “این ژن خاص در محیط آزمایشگاه استاندارد چندان بیان نمی شود، بنابراین دیدن این سطوح شگفت انگیز بود.” و در این مرحله، عملکرد ژن ناشناخته بود.

محققان همچنین دریافتند که اکسیژن کم باعث بیان بالای ژن می شود. این یک ویژگی محیطی رایج عفونت های باکتریایی است، زیرا باکتری ها اغلب در طول عفونت های مزمن با کمبود اکسیژن مواجه می شوند. آزمایشات بیشتر نشان داد که این ژن تنفس باکتریایی را در شرایط کم اکسیژن نیز تنظیم می کند.

جالب اینجاست که محققان دریافتند که این ژن به جای رمزگذاری یک پروتئین، یک RNA کوچک را رمزگذاری می کند که نقش حیاتی در تنفس باکتری ایفا می کند. آنها RNA کوچک را SicX (sRNA القاء کننده عفونت مزمن X) نامیدند.

سپس محققان عملکرد این ژن را در مدل‌های مختلف عفونت حیوانات آزمایش کردند. آنها مشاهده کردند که وقتی SicX وجود نداشت، باکتری به راحتی از عفونت های مزمن در سراسر بدن پخش می شود و باعث عفونت سیستمیک می شود. این مقایسه به محققان اجازه داد تا تعیین کنند که این ژن برای ترویج عفونت مزمن موضعی مهم است. علاوه بر این، محققان همچنین نشان دادند که بیان SicX بلافاصله در طول انتقال از عفونت مزمن به حاد کاهش یافته است، که نشان می دهد SicX به طور بالقوه به عنوان یک نشانگر زیستی برای تغییر مزمن به حاد عمل می کند.

وایتلی می‌گوید: «به عبارت دیگر، بدون RNA کوچک، باکتری‌ها بی‌قرار می‌شوند و به دنبال اکسیژن می‌گردند، زیرا آنها باید مانند ما نفس بکشند.» “این نیاز باعث می شود که باکتری وارد جریان خون شود. اکنون می دانیم که سطح اکسیژن این انتقال را تنظیم می کند.”

داشتن نشانه ای بهتر از زمانی که عفونت ممکن است وارد جریان خون شود، یک تغییر پارادایم برای درمان است.

وایتلی گفت: «اگر بتوانید زمان وقوع عفونت حاد را پیش‌بینی کنید، یک بیمار می‌تواند یک آزمایش تشخیصی را در خانه انجام دهد تا مشخص شود که آیا ممکن است نیاز به درمان داشته باشد یا نه – قبل از اینکه عفونت تهدیدکننده زندگی شود.»

این مطالعه به سوالات طولانی مدت در مورد چگونگی و چرایی حاد شدن عفونت های مزمن پاسخ می دهد. یافته‌های محققان همچنین فرصت‌هایی را برای توسعه درمان‌هایی که این رفتار مولکولی خاص مرتبط با آن را هدف قرار می‌دهند، باز می‌کند P. aeruginosa عفونت ها

” مزمن سودوموناس کائو گفت: عفونت معمولاً در برابر آنتی‌بیوتیک‌های خط اول بسیار مقاوم است. با هدف قرار دادن این RNA کوچک، می‌توانیم به طور بالقوه سبک زندگی باکتری‌ها را تغییر دهیم تا آن‌ها را نسبت به درمان‌های آنتی‌بیوتیک حساس‌تر کنیم و به پاکسازی بیشتر این عفونت‌های خطرناک دست یابیم.