Zbada, co powoduje antybiotykooporność Helicobacter pylori

Zbada, co powoduje antybiotykooporność Helicobacter pylori

Dr Paweł Krzyżek z Katedry i Zakładu Mikrobiologii, jeden z laureatów Uniwersytetu Przyszłości swoją uwagę w szczególności poświęca spiralnej bakterii kolonizującej żołądek, Helicobacter pylori, której obecność związana jest z rozwojem wielu groźnych dla zdrowia jednostek chorobowych tego organu, w tym choroby wrzodowej oraz nowotworów. Obecnie pracuje nad zbadaniem zmian adaptacyjnych wpływających na powstawanie antybiotykotolerancyjnych oraz antybiotykoopornych szczepów H. pylori.
Monika Szymańska-Antosiak

Mimo pojedynczych doniesień naukowych wskazujących na obecność spiralnych mikroorganizmów zasiedlających śluzówkę żołądka, przez długi czas uważano, że żołądek jest organem wolnym od obecności mikroorganizmów. Taki pogląd związany był z wiedzą na temat skrajnie niesprzyjających warunków panujących w obrębie żołądka, obejmujących grubą warstwę mucyny, zjawisko perystaltyki, niski odczyn pH oraz obecność kwasów żółciowych. Izolacja spiralnych, Gram-ujemnych Helicobacter pylori z bioptatów żołądka, dokonana po raz pierwszy przez Barrego Marshalla i Robina Warrena, zrewidowała ten pogląd. Okrycie to przyczyniło się w przeciągu następnych lat do pojawienia się wielu doniesień naukowych wskazujących na kluczową rolę tej bakterii w powstawaniu stanów zapalnych żołądka, wrzodów żołądka i dwunastnicy oraz nowotworów żołądka.

Biofilm kluczowy w antybiotykooporności H. pylori


— Jednym z głównych wyzwań terapii skierowanych przeciwko H. pylori jest rosnąca oporność tej bakterii na stosowane antybiotyki. Z powodu niewłaściwego stosowania środków przeciwdrobnoustrojowych poziom antybiotykooporności tej bakterii osiągnął alarmujący poziom na całym świecie – wyjaśnia dr Paweł Krzyżek. — Do mechanizmów, które obniżają dodatkowo częstość wyleczenia zakażenia H. pylori należą zdolność do tworzenia wielokomórkowych tworów otoczonych grubą warstwą macierzy (nazywanych biofilmem), możliwość zmiany morfologii z typowej dla tej bakterii formy spiralnej w mniej wrażliwą na antybiotyki formę sferyczną (kokoidalną), a także wydzielanie pęcherzyków błonowych, struktur pozakomórkowych usuwających aktywnie substancje przeciwdrobnoustrojowe z wnętrza komórek oraz stabilizujących architekturę biofilmu — dodaje.

— W ramach obecnie prowadzonego projektu zaplanowałem szereg badań mających na celu określenie dynamiki zmian adaptacyjnych szczepów H. pylori poddanych ekspozycji na najistotniejsze antybiotyki stosowane obecnie w terapii tego patogenu (klarytromycynę, metronidazol i lewofloksacynę). W nawiązaniu do ochronnych funkcji wcześniej wspomnianych mechanizmów, sformułowałem dwie hipotezy główne: 1) produkcja biofilmu przy wystawieniu na działanie antybiotyków jest intensywniejsza u szczepów wielolekoopornych H. pylori niż u szczepów wrażliwych lub z pojedynczą opornością; 2) wystawienie szczepów H. pylori na podprogowe stężenia antybiotyków przyczynia się do szeregu zmian przystosowawczych zależnych od użytego antybiotyku — tłumaczy.
Pierwszy etap badań nad formami biofilmowymi tego patogenu przeprowadzony będzie przy pomocy metod referencyjnych (hodowle mikrobiologiczne oraz analiza tworzenia biofilmu w warunkach stacjonarnych). Uzyskane w ten sposób wyniki będą następnie potwierdzone w warunkach mikroprzepływowych. Zastosowanie warunków przepływowych przy użyciu wysoce zaawansowanego, automatycznego systemu Bioflux pozwoli na uzyskanie wzrostu bakteryjnego w warunkach kontrolowanego przepływu medium i antybiotyków, przypominających warunki zachodzące w organizmie człowieka. — W tym miejscu warto nadmienić, że badania nad tworzeniem biofilmu przez H. pylori w warunkach przepływu medium mają charakter wysoce innowacyjny i po raz pierwszy na świecie zostały wykonane przez zespół badawczy pod moim kierownictwem (Krzyżek i wsp. (2022), DOI: 10.3389/fcimb.2022.868905) – dodaje dr Krzyżek.

— Analizy biofilmu wykonane będą poprzez zastosowanie szeregu selektywnych barwień fluorescencyjnych wizualizujących określone komponenty tej biostruktury (skład biochemiczny macierzy) oraz oceny parametrów fizycznych biofilmu (wielkość, grubość, bioobjętość) z wykorzystaniem dedykowanych w tym celu programów komputerowych. Analizy biofilmu zwieńczone zostaną obrazowaniem przy pomocy technik mikroskopii elektronowej (transmisyjnej oraz skaningowej) – wyjaśnia naukowiec. Powyższe działania umożliwią kompleksową ocenę zmian adaptacyjnych form biofilmowych H. pylori wystawionych na stres antybiotykowy na poziomie wielokomórkowym, komórkowym i subkomórkowym.

Polsko-włoskie badania

W kolejnym etapie analizy adaptacji szczepów H. pylori wystawionych na antybiotyki badania rozszerzone zostaną o zaawansowane techniki oceny ilościowo-jakościowej pęcherzyków błonowych. Pęcherzyki błonowe produkowane przez te bakterie wyizolowane będą przy użyciu ultraszybkich wirówek, natomiast ich ilość oceniona zostanie przez dynamiczne rozpraszanie światła (technikę umożliwiającą badanie wielkości cząstek zawieszonych w badanym roztworze) oraz cytometrię przepływową sprzężoną z selektywnym barwieniem makromolekuł transportowanych przez pęcherzyki np. białek lub kwasów nukleinowych. Planowane badania nad pęcherzykami błonowymi tego patogenu realizowane będą we współpracy z dr Rossellą Grande, prof. Uniwersytetu "G. d'Annunzio" we Włoszech, która posiada wieloletnie doświadczenie w pracy z H. pylori, w tym szczególnie tworzeniem biofilmu i wydzielaniem pęcherzyków błonowych przez ten drobnoustrój. Warto zaznaczyć, że Rossella Grande kieruje jednym z dwóch zespołów na świecie (drugim jest zespół japoński) skupiających się na tematyce pęcherzyków błonowych H. pylori. Z tego też względu, jej wiedza merytoryczna i praktyczna dotycząca badań nad wydzielaniem wyżej wspomnianych struktur wpłynie znamiennie na jakość uzyskanych wyników.

— Wyniki badań uzyskane w ramach niniejszego projektu posłużą do poszerzenia wiedzy dotyczącej zmian adaptacyjnych wpływających na powstawanie antybiotykotolerancyjnych oraz antybiotykoopornych szczepów H. pylori. Dodatkowo, poznanie charakteru adaptacji oraz ich dynamiki czasowej stworzy szansę na stworzenie nowych substancji przeciwdrobnoustrojowych hamujących selektywnie te procesy. Wierzę, że wyniki uzyskanych badań mają wysoki potencjał publikacyjny i aplikacyjny oraz przysłużą się do polepszenia efektywności terapii eradykacyjnych H. pylori – kończy dr Krzyżek.