Antraxul are o reputație înfricoșătoare. Cunoscută pe scară largă pentru provoacarea de infecții pulmonare grave la oameni și de leziuni cutanate inestetice, deși nedureroase, la animale și oameni, bacteria antraxului a fost chiar folosită ca armă biologică.
Recent, descoperirile unui nou studiu sugerează că temutul microb are, de asemenea, un potențial benefic neașteptat – una dintre toxinele sale poate bloca mai multe tipuri de durere la animale.
Cercetarea dezvăluie că această toxină specifică a antraxului acționează pentru a modifica semnalizarea neuronilor sensibili la durere și, atunci când este livrată direct în neuronii sistemului nervos central și periferic, poate oferi alinare animalelor aflate în dificultate.
Lucrarea, condusă de cercetători de la Harvard Medical School, în colaborare cu oameni de știință din industrie și cercetători de la alte instituții, a fost publicată, pe 20 decembrie, în Nature Neuroscience.
În plus, echipa a combinat părți ale toxinei antraxului cu diferite tipuri de încărcături moleculare și le-au livrat în neuronii sensibili la durere. Tehnica poate fi folosită pentru a dezvolta noi tratamente pentru durere, direcționate cu precizie, care acționează asupra receptorilor durerii, dar fără efectele sistemice pe scară largă ale medicamentelor actuale utilizate pentru ameliorarea durerii, cum ar fi opioidele.
”Această platformă moleculară de utilizare a unei toxine bacteriene pentru a furniza substanțe în neuroni și pentru a modula funcția acestora reprezintă o nouă modalitate de a viza neuronii care mediază durerea”, a declarat autorul principal al studiului, Isaac Chiu, profesor asociat de imunologie la Institutul Blavatnik de la Harvard Medical School.
Necesitatea extinderii arsenalului terapeutic actual pentru gestionarea durerii rămâne acută, au spus cercetătorii. Opioidele rămân cele mai eficiente medicamente împotriva durerii, însă au efecte secundare periculoase – mai ales capacitatea lor de a afecta sistemul de recompensare al creierului, ceea ce le face să creeze dependență ridicată, dar și tendința lor de a suprima respirația, care poate fi fatală.
”Există încă o nevoie clinică mare de a dezvolta terapii pentru durere non-opioide, care să nu creeze dependență, dar care sunt eficiente în atenuarea durerii”, a declarat Nicole Yang, cercetătoare în imunologie la laboratorul lui Chiu de la Harvard Medical School. ”Experimentele noastre arată că o strategie, cel puțin experimentală, ar putea fi să țintim în mod specific neuronii de durere folosind această toxină bacteriană.”
Totuși, cercetătorii avertizează, că, deocamdată, această abordare rămâne pur experimentală și trebuie încă testată și ajustată în continuare în mai multe studii pe animale și, în cele din urmă, la oameni.
Pregătit să se conecteze
Cercetătorii din laboratorul lui Chiu sunt de mult timp interesați de interacțiunea dintre microbi și sistemele nervos și imunitar. Lucrările anterioare conduse de Chiu au demonstrat că și alte bacterii care cauzează boli pot interacționa cu neuronii și pot modifica semnalizarea acestora pentru a amplifica durerea. Cu toate acestea, doar câteva studii de până acum au analizat dacă anumiți microbi ar putea minimiza sau bloca durerea. Aceasta și-au propus Chiu și Yang.
Pentru studiul actual, ei au început prin a încerca să determine modul în care neuronii sensibili la durere pot fi diferiți de alți neuroni din corpul uman. Pentru a face acest lucru, au apelat mai întâi la datele despre expresia genelor. Unul dintre lucrurile care le-au atras atenția a fost acela că fibrele dureroase aveau receptori pentru toxinele antraxului, în timp ce alte tipuri de neuroni nu aveau. Cu alte cuvinte, fibrele dureroase erau pregătite din punct de vedere structural pentru a interacționa cu bacteria antraxului. Cercetătorii s-au întrebat de ce.
Lucrarea recent publicată pune în lumină tocmai această întrebare.
Descoperirile demonstrează că atenuarea durerii are loc atunci când neuronii senzoriali ai ganglionilor rădăcinii dorsale, nervii care transmit semnale de durere către măduva spinării, se conectează cu două proteine specifice produse de însăși bacteria antraxului. Experimentele au arătat că acest lucru se întâmplă atunci când una dintre proteinele bacteriene, antigenul de protecție (PA), se leagă de receptorii celulelor nervoase și formează un por care servește ca o poartă pentru alte două proteine bacteriene, factorul de edem (EF) și factorul letal (LF), care sunt astfel transportate în celula nervoasă. Cercetările au demonstrat în continuare că PA și EF împreună, cunoscute în mod colectiv sub denumirea de toxină edem, modifică semnalizarea din interiorul celulelor nervoase – de fapt, reducând durerea.
Folosind ciudățeniile evoluției microbiene pentru noi terapii
Într-o serie de experimente, cercetătorii au descoperit că toxina antraxului a modificat semnalizarea în celulele nervoase în condiții de laborator, dar a făcut acest lucru și la animalele vii.
Injectarea toxinei în partea inferioara a măduvii spinării de la șoareci a produs efecte puternice de blocare a durerii, împiedicând animalele să simtă stimulări mecanice și de temperatură ridicată. Este important că celelalte semne vitale ale animalelor, cum ar fi ritmul cardiac, temperatura corpului și coordonarea motorie, nu au fost afectate – o observație care a subliniat că această tehnică a fost foarte selectivă și precisă în a viza fibrele dureroase și a bloca durerea, fără efecte sistemice pe scară largă.
În plus, injectarea șoarecilor cu toxina antrax a atenuat simptomele altor două tipuri de durere: durerea cauzată de inflamație și durerea cauzată de afectarea celulelor nervoase, adesea observată ca urmare a unei leziuni traumatice și a anumitor infecții virale, cum ar fi herpesul sau zona zoster, ori ca o complicație a diabetului și a tratamentului cancerului.
În plus, cercetătorii au observat că, pe măsură ce durerea s-a diminuat, celulele nervoase tratate au rămas intacte din punct de vedere fiziologic – o constatare care indică faptul că efectele de blocare a durerii nu s-au datorat lezării celulelor nervoase, ci mai degrabă au rezultat din alterarea semnalizării din interiorul lor.
Într-o etapă finală, echipa a proiectat un vehicul de transport din proteinele antraxului și l-a folosit pentru a furniza alte substanțe care blochează durerea în celulele nervoase. Una dintre aceste substanțe a fost toxina botulinică, o altă bacterie potențial letală, cunoscută pentru capacitatea sa de a modifica semnalizarea nervoasă. Această abordare, de asemenea, a blocat durerea la șoareci. Experimentele demonstrează că acesta ar putea fi un nou sistem de livrare pentru țintirea durerii.
”Am luat părți din toxina antraxului și le-am fuzionat cu încărcătura de proteine pe care am vrut să o livreze”, a spus Yang. ”În viitor, ne-au putea gândi la diferite tipuri de proteine pentru a oferi tratamente țintite.”
Oamenii de știință avertizează că, pe măsură ce lucrările progresează, siguranța tratamentului cu toxine trebuie monitorizată cu atenție, mai ales având în vedere că proteina antraxului a fost implicată în perturbarea integrității barierei hemato-encefalice în timpul infecției.
Noile descoperiri ridică o altă întrebare interesantă: din punct de vedere evolutiv, de ce un microb ar reduce durerea?
Chiu crede că o explicație – una extrem de speculativă, a adăugat el – ar putea fi aceea că microbii au dezvoltat modalități de a interacționa cu gazda lor pentru a-și facilita propria răspândire și supraviețuire. În cazul antraxului, acest mecanism de adaptare poate fi printr-o semnalizare alterată care blochează capacitatea gazdei de a simți durerea și, prin urmare, prezența microbilor. Această ipoteză ar putea explica de ce leziunile cutanate negre pe care le formează uneori bacteria antraxului nu sunt dureroase, a adăugat Chiu.
Noile descoperiri indică, de asemenea, noi căi de dezvoltare a medicamentelor, dincolo de terapiile tradiționale cu molecule mici, care sunt în prezent proiectate în laboratoare.
Sursa: Science Daily