MEDIX, God. 27 Br. 147/148  •  Novost  •  Molekularna medicina HR ENG

Moguće rješenje suzbijanja razvoja rezistencije bakterija na antibiotike

Tuberkuloza uzrokovana Micobacterium tuberculosis ozbiljan je globalni zdravstveni problem. Od tuberkuloze godišnje premine oko milijun i pol ljudi diljem svijeta. Većina lijekova za suzbijanje bolesti temelji se na dokidanju aktivnosti raznih bakterijskih enzima, između ostalih i giraze.

Giraza M. tuberculosis vrsta je topoizomeraze II. Sastoji se od dvije GyrA i dvije GyrB podjedinice (nastaje A2B2 kompleks). Katalizira promjene topologije DNA. Giraza je jedina topoizomeraza II (enzim koji cijepaju oba lanca DNA heliksa istovremeno, što uzrokuje rotaciju/ odmotavanje molekule DNA i ponovno sljepljivanje lanaca) u mikobakterijama. Druge bakterije imaju i topoizomerazu IV, koja je ključna za odvajanje dviju novonastalih molekula DNA na kraju replikacije. Stoga giraza mikobakterija ima funkcije i supercoilinga (negativni supercoiling – spiralizacija DNA u smjeru suprotnom od spiralizacije heliksa stvaranjem lomova u oba lanca DNA; mijenja se gustoća superheliksa mijenjanjem TW vrijednosti; T = broj zavoja u heliksu; W = broj koliko se puta heliks omota sam oko sebe = supercoiling; kada ne bi bilo giraze dio bi se dvolančane DNA koji još nije repliciran i koji se nalazi povrh replikacijskog mjehura zapetljao) i relaksacije i odvajanja molekula DNA nakon replikacije. Važna je stoga i za replikaciju i transkripciju.

 

Razvoj rezistencije Mycobacterium smegmatis, bliskog srodnika M. tuberculosis, na quinolon posljedica je zaštitnog djelovanja bakterijskog proteina MfpA. Taj protein štiti bakterijsku girazu od djelovanja antibiotika. Tako se razvija rezistencija na antibiotike

U nizu lijekova kojima se pokušava uništiti mikobakterije važno mjesto zauzimaju i antibiotici quinoloni, posebno njihov derivat fluoroquinolon, kojima je cilj blokiranje aktivnosti bakterijske giraze. Usprkos njihovoj učinkovitosti, problem je (kao i s drugim antibioticima) razvoj bakterijske rezistencije na lijekove. U bakterijama fluoroquinolon međureagira s G-segmentom DNA i GyrA i GyrB proteinima, čime se onemogućava ponovno spajanje lanaca DNA čije je lomove uzrokovala giraza, sa svrhom sprječavanja zapetljavanja lanaca još nereplicirane DNA tijekom replikacije. Blokiranjem giraze nastaju letalni dvolančani DNA lomovi. Međutim, bakterije imaju zaštitni mehanizam protiv djelovanja quinolona. To su pentapeptidni ponavljajući proteini (PRP). Njihovo podrijetlo, evolucija i mehanizam još nisu posve jasni. Sadrže ponavljajući motiv (S, T, A, V) (D, N) (L, F) (S, T, R) (G) koji se savija u udesno smotan β-heliks i poprima produženu homodimernu kvarternu strukturu sličnih dimenzija kao i fragment DNA. Smatra se da PRPs reagiraju s girazom i tako je štite od antibiotika. Poznato je već nekoliko vrsta PRPs: Qnr (u Klebsiella pneumoniae, Proteusmirabilis, Salmonella enterica, Shigella flexneri, Aeromonas hydrophila i Enterococcus faecalis), McbG (u E. coli), AlbG (u Xanthomonas albilineans) i MfpA (u mikobakterijama).

Razvoj rezistencije na quinolon ispitivan je upotrebom izolata MfpA iz Mycobacterium smegmatis, bliskog srodnika M. tuberculosis. Pokazano je da MfpA štiti girazu od antibiotika i tako uzrokuje rezistenciju. Upotrebom kristalografije X-zrakama pokazano je da se MfpA veže na ATP domenu giraze, čime se objašnjava njegova sposobnost inhibiranja supercoilinga i dokidanja djelovanja antibiotika. Dakle, pokazan je molekularni mehanizam djelovanja MfpA, što bi moglo poslužiti kao osnova za istraživanje i eventualno pronalaženje novih antibiotika.