اقتصاد دانش بنیان

مقاومت باکتریها در برابر آنتیبیوتیکها میشکند؟

مطالعهاي در دانشگاه اينديانا نشان ميدهد که تغييرات بسيار کوچک در حرکات اتمها در ساختار پروتئين باکتريايي ميتواند بر فعاليت و تکامل اين ميکروارگانيسمها تاثيرات ژرفي داشته باشد. اين پژوهش که بهتازگي در مجله

Proceeding of National Academy of Science به چاپ رسيده، از ديدگاه فعلي درباره تکامل فعاليتهاي جديد در موجودات زنده فاصله ميگيرد. در نگاه کلي و متداول، ساختار و شکل پروتئين به عنوان مهمترين عامل کنترلکننده فعاليتش در نظر گرفته ميشود. دکتر ديويد گيدروک، استاد شيمي دانشگاه بلومينگتون ميگويد: «در اين پژوهش پاسخ بسياري پرمعنايي به اين پرسش ارائه ميشود که چگونه موجودات ميکروسکوپي به تلاشهاي ميزبان خود در کاستن از عفونتهاي باکتريايي پاسخ ميدهند. نرخ عفونتهاي شديد و خطرناک باکتريايي مانند سل و عفونتهاي بيمارستاني به دليل افزايش مقاومت آنتيبيوتيکي در باکتريها در دهه گذشته به ميزان قابل توجهي بالا رفته است. به عنوان مثال براساس دادههاي مرکز پيشگيري و مبارزه با بيماريهاي ايالات متحده امريکا هر ساله حدود 480 هزار نفر در سراسر دنيا به سل مقاوم به آنتيبيوتيک مبتلا ميشوند.»

انتروپي

دکتر دايانا کاپتويلا از محققان اين پژوهش شرح ميدهد: «ما نشان داديم که نظم در ابعاد اتمي يا انتروپي (Entropy) ميتواند بر نسخهبرداري از ژنها که در نهايت بر فعاليت پروتئينها تاثير ميگذارد، به صورت چشمگيري موثر باشد. اين حرکتهاي اتمي در طي روند تکامل تنظيم ميشوند. به اين ترتيب باکتري اجازه مييابد تا سريع و موثر در برابر تيمارهاي دارويي مثلا آنتيبيوتيکها مقاوم شود، زيرا حرکات اتمي با تاثير بر عملکرد پروتئينها بسيار راحتتر از تغيير ساختارهاي فيزيکي بهينهسازي ميشوند.

اهميت شناخت ساختاري ميکروبها

در جنگ بين عفونت باکتريايي و داروهاي مدرن، قدم اساسي و اوليه داشتن نقشه سرزمين دشمن است. روشن شدن ساختار ملکولي پروتئينها که سبب ضعف دستگاه ايمني بدن ميشود، ميتواند به طراحي و توليد کلاسهاي جديد دارويي منجر شود. اگرچه اين راهکار براساس اين فرض بنا شده که شکل پروتئينها به صورت پايهاي رفتار آنها را تعيين ميکند. همچنين فرض بر اين است که پروتئينها ساختاري سخت دارند. اين مطالعه جديد نشان ميدهد که فعاليت پروتئينها به کمک بررسي حرکات اتمي داخل آنها بهتر شناخته و درک ميشود. دکتر جاش واند، استاد دانشکده پزشکي پنسيلوانيا، ميگويد: «اين پژوهش روشنترين مثال تاکنون است که اهميت شکل و ساختار انتروپي را بر تنظيم فعاليت و نقش پروتئين نشان ميدهد. محققان اين پروژه با دقت زياد و انجام بررسيهاي دقيق اين موضوع را روشن ساختهاند.»

پمپ روي

به صورت ويژه تلاشهاي پژوهشگران اين پروژه بر آناليز و بررسي پروتئيني به نام CzrA متمرکز است که سطح روي (Zn) را تنظيم ميکند؛ يک ويژگي بسيار مهم که به باکتري توانايي مقاومت در برابر دستگاه ايمني انسان ميبخشد. توانايي تنظيم روي بدن را قادر ميسازد تا مهاجمان را با تجمع حجم زيادي روي نابود کند، چيزي که در نهايت سبب نابودي ميکروب ميشود، عدم امکان جذب اين عنصر در شرايط اينچنيني است. پروتئين CzrA نوعي مکانيسم بيولوژيکي را در باکتري کنترل ميکند که به پمپ روي مشهور است. اين پمپ در زماني که دستگاه ايمني با تجمع روي در اطراف سلولهاي مهاجم در واقع آنها را مسموم ميکند، روي بيشتري به بيرون باکتري پمپ ميکند تا حيات آن ادمه يابد. اين مطالعه با کمک استفاده از ميکروسکوپ رزونانس مغناطيسي اتمي براي اندازهگيري حرکات اتمي پروتئين CzrA و شناسايي قسمتهايي که تحت اثر روي قرار ميگيرند، انجام گرفت. بعد از اين مرحله، آنها اتمها را با اسيد آمينه جايگزين کردند. روشن شد که در اين صورت پروتئين به صورت کامل توانايي تنظيم سطوح روي در سلولها را از دست ميدهد.

اين پژوهش نشان داد که نواحي غير از آنچه تصور ميشد، در تنظيم روي موثر هستند. اگرچه فاصله فيزيکي آنها در نقشه پروتئين دور در نظر گرفته ميشود. دکتر گيدروک ميگويد: «غير ممکن بود که بتوان تنها با نگاه به اين نواحي در ساختار پروتئين چنين نقشي را براي آنها در نظر گرفت. زماني که اين مکانهاي پراهميت شناخته شدند، ميتوان دارويي طراحي کرد که مانند پژوهش اسيد آمينه که ما انجام داديم، اين نواحي را هدف قرار دهد و فعاليت پروتئين را از کار بيندازد. در واقع اين پايه مفهومي کلاس جديدي از داروهاي قدرتمند است که اصطلاحا داروهاي آلوستريک (Allosteric Drugs) خوانده ميشوند. اين قسمتها بر فعاليتهاي اوليه پروتئين مانند قابليت اتصال به روي، اثر افزايشدهنده يا تنظيمکننده دارند، بدون اينکه اين نواحي را به صورت مستقيم تحت تاثير قرار دهند.» دکتر گيدروک توضيح ميدهد: «اين مطالعه در واقع در نظر گرفتن شبکهاي از پروتئينهاست، بدون متمرکز شدن بر تنها يک نقطه استراتژيک که به صورت تاريخي انجام گرفته است.» اين مطالعه خاص نشان ميدهد که موثرترين راه براي کسب اطلاع از ساختار پروتئينها و عمل آنها پژوهش فراي ساختار مولکولي آنهاست. در ابعاد اتمي حرکتهاي کوچک تاثيرات ژرف بر عملکرد نهايي پروتئين خواهد داشت و به اين ترتيب ميتوان به راهکارهاي جديد و موثر در يافتن داروهاي جديد دست يافت. 

منبع: مجله دانش بنیان