Schimbarea programării genetice a cuiva este mai ușoară decât ai putea crede. În timp ce tehnicile de modificare a ADN-ului la nivel molecular sunt din ce în ce mai utilizate, este de asemenea posibil să porniți sau să dezactivați gene fără a schimba permanent materialul genetic de bază. Asta înseamnă că putem afecta instrucțiunile genetice care sunt trimise către organismul unui organism prin schimbarea mediului său sau cu medicamente.
Acest domeniu al „epigeneticii” ajută deja medicii să înțeleagă cum funcționează anumite boli, de ce exercițiile fizice pot fi atât de benefice și cum am putea fi capabili să modificăm procesul de îmbătrânire. Dar eu și colegii mei încercăm să investigăm rolul epigeneticii în bacterii.
Recent am studiat o posibilă modalitate de a afecta epigenetica bacteriană care ar putea fi capabilă să oprească infecțiile fără a utiliza medicamente antibiotice. Și având în vedere că multe bacterii devin rezistente la antibiotice existente, asta ar putea deschide o nouă modalitate vitală de tratare a bolii.
Studiul nostru a analizat bacteria Acinetobacter baumannii, care este o cauză majoră a infecțiilor pe care oamenii le pot prinde în spitale și care ucide până la 70 la sută dintre persoanele infectate cu aceasta. Antibioticele nu mai funcționează asupra unor tulpini de A. baumannii - iar Organizația Mondială a Sănătății a clasat-o recent drept cea mai mare amenințare bacteriană pentru sănătatea umană.
Avem deja unele așa-numite medicamente antivirulente care nu omoară bacteriile, dar le fac inofensive, astfel încât sistemul imunitar al organismului să le poată elimina fără să lase niciunul în urmă pentru a deveni rezistente la medicament. A veni cu o modalitate de a afecta epigenetica bacteriilor care fac ca insectele să fie inofensive ne-ar putea ajuta să creăm noi medicamente antivirulente care ar contribui enorm la medicamente.
Pentru a începe acest proces, am apelat mai întâi la epigenetica umană. Cel mai frecvent mod de a ne afecta epigenetica este de a adăuga o mică etichetă moleculară materialului nostru genetic care activează sau dezactivează o genă înrudită. În particular, putem adăuga o etichetă cunoscută sub numele de grupă acetil la o proteină importantă numită histonă.
Adăugarea unei etichete acetil la histonă (CNX OpenStax, CC BY) Histona organizează moleculele noastre de ADN cu o lungime de 2 m, astfel încât să se poată încadra perfect în celulele noastre lungi de 100 de micrometri. Adăugarea etichetă acetil este un mecanism natural folosit de celule pentru a schimba modul în care histona interacționează cu ADN-ul. Adăugarea etichetelor acetil activează în mod normal anumite gene, adică schimbă modul în care se comportă celula. Eșecurile în acest proces de modificare a histonelor sunt legate de cancere, boli cardiovasculare și multe afecțiuni neurodegenerative.
Celulele bacteriene au propria lor versiune de histonă cunoscută sub numele de HU, care își organizează ADN-ul și este implicată în realizarea tuturor funcțiilor sale. Bacteriile denumite „gram-pozitive”, cum sunt cele din sistemul nostru digestiv care ne ajută să descompunem alimentele, nu pot supraviețui fără să funcționeze HU. Și „bacteriile gram-negative”, care sunt în mod obișnuit cele care ne îmbolnăvesc, cum ar fi Salmonella enterica, devin mult mai puțin dăunătoare fără HU.
Noi medicamente
În studiul nostru, am descoperit că adăugarea unei etichete de acetil în HU a afectat semnificativ modul în care a interacționat cu ADN-ul. Aceasta înseamnă că este foarte probabil ca o astfel de modificare să facă schimbări epigenetice, afectând modul în care bacteriile cresc și infectează alte organisme. Deci, dacă putem crea medicamente care să modifice aceste proteine bacteriene în acest fel, am putea avea un nou mod de a opri infecțiile.
Aceasta este o provocare cu adevărat importantă în medicină în acest moment, deoarece bacteriile rezistente la antibiotice ucid 700.000 de oameni pe an în întreaga lume. Dacă nu găsim noi tratamente, numărul anual de decese ar putea crește până la 10 milioane până în 2025.
După ce verificăm legătura dintre modificările epigenetice specifice și infecția bacteriană, putem începe să căutăm substanțe care să modifice epigenetica bacteriilor în acest mod pentru a o face mai puțin dăunătoare. Există deja mai multe molecule care vizează epigenetica umană într-un mod similar, în curs de dezvoltare preclinică sau în studii clinice. Deci, un medicament care „oprește” capacitatea bacteriilor de a provoca infecții este posibil să nu fie prea departe.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Yu-Hsuan Tsai, lector în chimie organică, Universitatea Cardiff
