کمک فناوری توالی یابی ژنتیکی در تنطیم عفونت باکتریایی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، افرادی که سیستم ایمنی ضعیفی دارند در معرض خطر دائمی عفونت هستند. سودوموناس آئروژینوزا، یک باکتری محیطی رایج، می تواند بخش های مختلف بدن مانند ریه ها را مستعمره کند و منجر به عفونت های مزمن و پایدار شود که می تواند تا آخر عمر ادامه داشته باشد.

اما باکتری ها گاهی اوقات می توانند رفتار خود را تغییر دهند و وارد جریان خون شوند و باعث حاد شدن عفونت های مزمن موضعی و بالقوه کشنده شوند. با وجود دهه ها مطالعه انتقال در محیط های آزمایشگاهی، چگونگی و چرایی این تغییر در انسان ناشناخته مانده است.

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

یافته های تحقیقاتی آن ها که در Nature منتشر شده است، می تواند از توسعه درمان های آتی 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.

محققان نمونه های بافت انسانی عفونت های باکتریایی مزمن ریه و زخم را بررسی کردند. وایتلی و کائو با استفاده از فناوری های توالی یابی ژنتیکی سطوح همه انواع mRNA موجود در باکتری را اندازه گیری 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 تقریباً 6000 ژن دارد، Whiteley و Cao دریافتند که یک ژن به طور خاص معروف به PA1414 در نمونه های بافت انسانی بیشتر 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.

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 مدل های 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 می یابد، که نشان می دهد SicX به طور بالقوه به عنوان یک نشانگر زیستی برای تغییر مزمن به حاد عمل می کند.

وایتلی می گوید: به عبارت دیگر، بدون RNA کوچک، باکتری ها بی قرار می شوند و به دنبال اکسیژن می گردند، 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.

این مطالعه به سوالات طولانی مدت در مورد چگونگی و چرایی حاد شدن عفونت های مزمن پاسخ می دهد. یافته های محققان همچنین فرصت هایی را برای توسعه درمان هایی باز می کند که این رفتار مولکولی خاص مرتبط با عفونت های P. aeruginosa را هدف قرار می دهد.

کائو گفت: عفونت مزمن سودوموناس معمولاً به آنتی بیوتیک های خط اول بسیار مقاوم است. با هدف قرار دادن این RNA کوچک، به طور بالقوه می توانیم سبک زندگی باکتری ها را تغییر دهیم تا آن ها را نسبت به درمان های آنتی بیوتیک حساس تر کنیم و به پاکسازی بیشتر این عفونت های خطرناک دست یابیم.

( ارائه شده توسط موسسه فناوری جورجیا )