إن تقصير الكربوهيدرات في جدار الخلية البكتيرية يجعلها أكثر عرضة لبعض الأدوية.
كل خلية حية مغطاة بمجموعة مميزة من الكربوهيدرات ، والتي تعمل بمثابة "معرف" خلوي فريد وتساعد على إدارة تفاعلات الخلية مع الخلايا الأخرى.
اكتشف الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن أن تغيير طول هذه الكربوهيدرات يمكن أن يؤثر بشكل كبير على وظائفها. في دراسة أجريت على المتفطرات ، وهي نوع البكتيريا التي تسبب مرض السل وأمراض أخرى ، وجد أن تقصير طول الكربوهيدرات المسمى غالاكتان يضعف بعض وظائف الخلايا ويجعل الخلايا أكثر عرضة لبعض المضادات الحيوية.
تشير النتائج إلى أن العقاقير التي تتداخل مع تخليق الجالاكتان ( galactan synthesis) يمكن استخدامها مع المضادات الحيوية الموجودة لخلق علاجات أكثر فعالية ، كما تقول لورا كيسلينج ، أستاذة الكيمياء في نوفارتيس بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلفة الرئيسية للدراسة.
يقول كيسلينج: "هناك الكثير من سلالات السل التي تقاوم المجموعة الحالية من المضادات الحيوية". "السل يقتل أكثر من مليون شخص كل عام وهو القاتل الأول للأمراض المعدية."
ألكسندر جاستن ، طالب الدراسات العليا السابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، هو المؤلف الرئيسي للورقة ، التي تظهر اليوم في نشرة Science Advances.
منها الطويل ومنها القصير
Galactan ، وهو عديد السكاريد ، هو أحد مكونات جدار الخلية من المتفطرات ، ولكن لا يُعرف الكثير عن وظيفته. حتى الآن ، كان دوره الوحيد المعروف هو تكوين روابط بين جزيئات تسمى الببتيدوغليكان ، والتي تشكل معظم جدار الخلية البكتيرية ، والسكريات والدهون الأخرى. ومع ذلك ، فإن نسخة الجالاكتان الموجودة في المتفطرات أطول بكثير مما يجب أن تكون عليه لأداء وظيفة الرابط هذه.
"الشيء الغريب هو أن الجالاكتان يبلغ طوله حوالي 30 جزيئا من السكر ، لكن نقاط التفرع للسكريات الأخرى التي يرتبط بها هي ثمانية و 10 و 12. إذن ، لماذا تنفق الخلية الكثير من الطاقة لصنع الجالاكتان أطول من 12 وحدة؟ " كيسلينج يقول.
دفع هذا السؤال كيسلينج ومجموعتها البحثية إلى التحقيق فيما قد يحدث إذا كان الجالاكتان أقصر. فريق بقيادة جوستين المعدّل وراثيًا نوعًا من البكتيريا الفطرية يسمى Mycobacterium smegmatis (وهو مرتبط بـ Mycobacterium tuberculosis ولكنه غير ضار بالبشر) بحيث تحتوي سلاسل galactan على 12 جزيء سكر فقط.
نتيجة لهذا التقصير ، فقدت الخلايا شكلها المعتاد وطوّرت "فقاعات" أو انتفاخات من أغشية الخلايا. كما أدى تقصير الجالاكتان إلى تقليص حجم حجرة تسمى periplasm ، وهي مساحة توجد بين أغشية الخلية الداخلية والخارجية للخلية البكتيرية. تشارك هذه الحجرة في امتصاص العناصر الغذائية من بيئة الخلية.
كما أدى اقتطاع الجالاكتان إلى جعل الخلايا أكثر عرضة لبعض المضادات الحيوية - على وجه التحديد ، المضادات الحيوية الكارهة للماء. تعد جدران الخلايا الفطرية غير منفذة نسبيًا للمضادات الحيوية الكارهة للماء ، لكن جزيئات الجالاكتان القصيرة تجعل الخلايا أكثر نفاذية ، لذلك يمكن لهذه الأدوية أن تدخل إلى الداخل بسهولة أكبر.
يقول كيسلينج: "يشير هذا إلى أن الأدوية التي قد تؤدي إلى هذه السلاسل المقطوعة يمكن أن تكون ذات قيمة في تركيبة مع المضادات الحيوية الكارهة للماء". "أعتقد أنه يثبت صحة هذا الجزء من الخلية كهدف جيد."
يعمل مختبرها حاليًا على تطوير الأدوية التي يمكن أن تمنع تخليق الجالاكتان ، والتي لا تستهدفها أي من عقاقير السل الموجودة. عادة ما يتم إعطاء مرضى السل تركيبات دوائية يجب تناولها لمدة ستة أشهر ، وقد طورت بعض السلالات مقاومة للأدوية الموجودة.
أدوار غير متوقعة
يدرس مختبر Kiessling أيضًا السؤال عن سبب فائدة البكتيريا في تغيير طول جزيئات الكربوهيدرات. وتقول إن إحدى الفرضيات هي أنها تساعدهم على حماية أنفسها من جهاز المناعة. أظهرت بعض الدراسات أن الطلاء الكثيف لسلاسل الكربوهيدرات الأطول يمكن أن يساعد في تحقيق تأثير التخفي عن طريق منع الخلايا المناعية المضيفة من التفاعل مع البروتينات الموجودة على سطح الخلية البكتيرية.
إذا تم تأكيد هذه الفرضية ، فإن الأدوية التي تتداخل مع طول الجالاكتان أو الكربوهيدرات الأخرى قد تساعد أيضًا جهاز المناعة على محاربة العدوى البكتيرية ، كما يقول كيسلينج. قد يكون هذا مفيدًا في علاج ليس فقط للسل ولكن أيضًا الأمراض الأخرى التي تسببها المتفطرات ، مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) والجذام. سلالات أخرى من المتفطرات (المعروفة باسم "بكتيريا أكل اللحم") تسبب عدوى قاتلة تسمى التهاب اللفافة الناخر. تحتوي كل هذه البكتيريا الفطرية على غالاكتان في جدرانها الخلوية ، ولا توجد لقاحات جيدة ضد أي منها.
على الرغم من أن البحث قد ينتهي بمساعدة العلماء على تطوير عقاقير أفضل ، إلا أن كيسلينج أصبح مهتمًا بشكل رئيسي بهذا الموضوع باعتباره سؤالًا علميًا أساسيًا.
"سبب إعجابي بهذه الورقة هو أنه في حين أن لها آثارًا في علاج مرض السل ، فإنها تظهر أيضًا دورًا جديدًا أساسيًا للكربوهيدرات ، وهو ما أحبه. يجد الناس أن بإمكانهم القيام بأدوار غير متوقعة ، وهذه نتيجة أخرى غير متوقعة ، "كما تقول.
اكتشف الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن تغيير طول الكربوهيدرات غالاكتان يمكن أن يؤثر بشكل كبير على وظيفتها. في دراسة أجريت على المتفطرات ، نوع البكتيريا التي تسبب مرض السل وأمراض أخرى ، وجدوا أن تقصير الجالاكتان يضعف بعض وظائف الخلايا ويجعل الخلايا أكثر عرضة لبعض المضادات الحيوية. يظهر هذا الرسم التوضيحي تقطيع الكربوهيدرات إلى نصفين في المقدمة ، بينما تظهر الخلفية صورة لبكتيريا السل.
المصدر