Tuberkuloosibakteeri taistelee antibiootteja vastaan biofilmin suojista

Mycobacterium tuberculosis -bakteerin on havaittu käyttävän useita keinoja selviytyä elossa antibioottihoidoista. Tutkimustuloksia aletaan käyttää uudentyyppisten tuberkuloosihoitojen kehittämiseen.

Tuberkuloosibakteereilla on monia puolustautumiskeinoja antibiootteja ja ihmisen immuunipuolustusjärjestelmää vastaan. Yksi tärkeimmistä keinoista liittyy bakteerien proteiineista, hiilihydraateista ja nukleiinihapoista rakentamaan biofilmimatriksiin, jonka suojassa bakteerit yhdyskuntana piileskelevät.

Tampereen, Helsingin ja Oslon yliopiston tutkijat ovat nyt osoittaneet, että tärkeä biofilmirakennetta ja antibiootinsietokykyä ylläpitävä tekijä on mykobakteerien biofilmimatriksiin tuottama selluloosa. Bakteeri vähentää selluloosaa hajottavan entsyymin erittymistä, jolloin biofilmin muodostuminen käynnistyy.

– Havaitsimme myös mykobakteerin tuottavan rakenteeltaan kahta hyvin erilaista biofilmikasvumuotoa – jäkälämäistä ja nauhamaista. Näiden eri biofilmityyppien muodostuminen riippuu selvästi ympäristön happipitoisuudesta, sanoo Kirsi Savijoki Helsingin yliopistosta.

Tutkijat löysivät taudinaiheutuskykyä, antibiootinsietokykyä ja piilevää tuberkuloosi-infektiota lisäävien tekijöiden kohdalla merkittäviä eroja biofilmeissä kasvavien ja yksisoluisten bakteerien välillä. Yksi tärkeimmistä eroista liittyi solunjakautumista säätelevien entsyymien toimintaan.   

– Mykobakteerisolut jakautuvat havaitsemissamme biofilmiyhteisöissä epäsymmetrisesti ja eri nopeudella. Tämän tuloksena syntyy ominaisuuksiltaan erilaisia bakteerisoluja. Näihin kuuluun esimerkiksi lepotilassa olevia bakteereita sekä bakteerisoluja, joiden antibiootin sietokyky on tehostunut aineenvaihdunnassa tapahtuneiden muutosten vuoksi. Jo hyvin nuoressa mykobakteeribiofilmissä on tällaisia antibioottia hyvin kestäviä soluja, jotka säilyvät hengissä normaalisolut tappavan antibioottikäsittelyn aikana.

– Tutkimustulos on tuberkuloosin lääkekehityksen kannalta merkittävä. Kehitettäviä tuberkuloosilääkkeitä ei pitäisi testata yksisoluisilla bakteereilla, vaan suojaavassa biofilmissä kasvavilla bakteereilla, jotka ovat antibiootteja luontaisesti sietäviä, toteaa tutkimuksen johtaja Mataleena Parikka Tampereen yliopistosta.

Tutkimusryhmät kehittävät parhaillaan suojamekanismeihin kohdentuvia lääkehoitoja, joiden tarkoituksena on tehdä mykobakteerit herkiksi tavanomaisille tuberkuloosiin tehoaville antibiooteille. Näillä täysin uudentyyppisillä hoitomuodoilla voidaan lyhentää ja tehostaa tuberkuloosin lääkehoitoja ja estää geneettisen lääkeresistenssin yleistymistä.

Tutkimusta ovat rahoittaneet Suomen Akatemia, Sigrid Juseliuksen säätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö ja Tampereen tuberkuloosisäätiö.

Julkaisu:

Kirsi Savijoki, Henna Myllymäki, Hanna Luukinen, Lauri Paulamäki, Leena-Maija Vanha-Aho, Aleksandra Svorjova, Ilkka Miettinen, Adyary Fallarero, Teemu O Ihalainen, Jari Yli-Kauhaluoma, Tuula A Nyman, Mataleena Parikka. Surface-shaving proteomics of Mycobacterium marinum identifies biofilm subtype-specific changes affecting virulence, tolerance, and persistence. mSystems 2021 Jun 29;6(3):e0050021. doi:10.1128/ mSystems.00500-21.

 

Mataleena Parikka