Naukowcy z Johns Hopkins Medicine rozwiązali trwającą od ponad 15 lat zagadkę dotyczącą mechanizmu, w jaki toksyna produkowana przez powszechnie występującą w jelitach bakterię Bacteroides fragilis uszkadza komórki okrężnicy. Odkrycie to rzuca nowe światło na procesy prowadzące do przewlekłych stanów zapalnych oraz rozwoju nowotworów jelita grubego, otwierając jednocześnie drogę do opracowania innowacyjnych metod terapeutycznych.
Kluczowy mechanizm infekcji
Bakteria Bacteroides fragilis jest obecna w organizmie nawet u 20 procent zdrowych ludzi. Jednak niektóre jej szczepy wytwarzają toksynę BFT (ang. Bacteroides fragilis toxin), która wykazuje zdolność do wywoływania stanów zapalnych i promowania wzrostu guzów. Dotychczasowe badania prowadzone w laboratorium dr Cynthii Sears wykazały, że BFT niszczy białko E-kadherynę, odpowiedzialne za utrzymanie bariery ochronnej jelita. Zagadką pozostawało jednak to, w jaki sposób toksyna uzyskuje dostęp do tego białka, skoro nie wiąże się z nim bezpośrednio.
Dzięki zastosowaniu zaawansowanego screeningu genetycznego metodą CRISPR, naukowcy zidentyfikowali brakujące ogniwo: białko o nazwie klaudyna-4. Okazało się, że to właśnie ono pełni rolę receptora, do którego musi przyłączyć się toksyna, aby móc zaatakować komórki okrężnicy. Po usunięciu klaudyny-4 z komórek nabłonkowych, toksyna BFT traciła zdolność do wiązania się z nimi, co skutecznie chroniło E-kadherynę przed zniszczeniem.
Zrozumienie sposobu działania toksyn bakteryjnych może otworzyć drzwi do nowych podejść w wykrywaniu i leczeniu powiązanych chorób, w tym biegunek, raka jelita grubego oraz infekcji krwi. – dr Cynthia Sears, główna autorka badania.
Od odkrycia do ochrony
Zrozumienie molekularnego punktu zaczepienia toksyny pozwoliło zespołowi badawczemu na zaprojektowanie tzw. molekularnego wabika. Naukowcy stworzyli rozpuszczalną wersję klaudyny-4, która przejmuje na siebie atak toksyny. W badaniach na modelach zwierzęcych metoda ta okazała się skuteczna – toksyna BFT wiązała się z wabikiem zamiast z komórkami jelita, co zapobiegło uszkodzeniom tkanki.
Odkrycie to jest istotne z kilku powodów:
Wyzwania i dalsze kroki
Mimo przełomowego odkrycia, naukowcy wskazują na konieczność dalszych badań. Obecnie nie udało się jeszcze uzyskać precyzyjnej struktury eksperymentalnej pokazującej, w jaki sposób toksyna i klaudyna-4 łączą się ze sobą na poziomie atomowym. Nawet zaawansowane narzędzia sztucznej inteligencji, takie jak AlphaFold, nie były w stanie w pełni rozwikłać tej interakcji. Zespół badawczy kontynuuje prace, mające na celu dokładne poznanie tego procesu, co w przyszłości może pozwolić na stworzenie jeszcze skuteczniejszych metod ochrony organizmu przed szkodliwym wpływem bakterii jelitowych.
