חלבון מפתח, LiaX, הוא האחראי על עמידות של החיידקים בפני האנטיביוט. האם מציאת דרך לניטרולו תאפשר שימוש בדפטומיצין גם כנגד הזנים העמידים?
אנטרוקוקים (enterococci, חיידקים מהסוג Enterococcus) עמידים לוונקומיצין נחשבים לאחד האיומים הגדולים על חולים בבתי החולים. לא רק בגלל שהם בעצמם עלולים לגרום למחלות באנשים שמערכת החיסון שלהם ירודה או פגועה - ואז אין כמעט בנמצא אנטיביוטיקה שתתגבר עליהם, אלא גם בגלל החשש שהם יעבירו את הגנים האחראים לעמידות לחיידקים אחרים, קטלניים הרבה יותר מהם.
דפטומיצין (Daptomycin) , אנטיביוט ליפופטידי, התגלה בסוף שנות ה-80 של המאה הקודמת בחברת Elly Lilly. הוא מיוצר כמטבוליט משני על-ידי החיידק Streptomyces roseosporus. הדפטומיצין נגנז אז, לאחר הניסויים הקליניים, בגלל תופעות לוואי חמורות (כאבים ודלקות בשרירי השלד) והמצאות תחליפים. היא אושרה מחדש לשימוש חיצוני ב-2003, ומשתמשים בה לשימוש פנימי ורק במקרים שאין ברירה אחרת. מולקולת הדפטומיצין, הטעונה מטען חשמלי חיובי כתוצאה מקשירת יוני סידן אליה, מגיבה עם פוספוליפידים טעונים שלילית בממברנת התא, המרוכזים באזור חלוקת התא, היא חודרת לתוך הממברנה. מספר מולקולות של דפטומיצין מתקבצות יחד ויוצרות תעלה. שדרכה מתאפס פוטנציאל הממברנה (הבדלי הריכוזים של יוני נתרן ואשלגן, וגם של יונים אחרים מתבטלים), והתא מפסיק לתפקד.
 |
| Drakosam, Wikimedia commons |
גם לחלבונים קטיונים של מערכת החיסון ביונקים יש פעילות נוגדת חיידקים דומה לזו של דפטומיצין.
בבתי חולים, כצפוי, נמצאו זני חיידקים עמידים לדפטומיצין. בלטו במיוחד זנים של שני מיני אנטרוקוקים, E. faecium ו-E. faecalis, עמידות לדפטומיצין נמצאה גם במין של Paenibacillus שבודד ממערה בארצות הברית מדגימת אדמה שמתוארכת ללפני כארבעה מיליון שנה. אך עד המחקר המתואר כאן זו לא היה ברור המנגנון של העמידות.
בבדיקה מעמיקה של האנטרוקוקים העמידים גילתה שיש להם סידור שונה של הפוספוליפידים בממברנה, יחסית לזנים הרגישים. הפוספוליפידים, אליהן נצמד הדפטומיצין היו פזורים באופן שונה בממברנה כנראה בצורה שלא אפשרה למולקולות הדפטומיצין שנקשרו אליהן ליצור את הצברים היוצרים את התעלות היוניות. בהמשך נמצא קשר בין השינוי בהרכב הליפידים בממברנה לבין מוטציות באופרון של המערכת המכונה LiaFSR, הקשור לביוסינתזה של אותם ליפידים בתנאי עקה. אופרון זה כולל לפחות שלושה חלבונים ונמצא בחיידקים רבים מחטיבת הפירמיקוטים (אליה משתייכים האנטרוקוקים).
פגיעה או חסר בחלבון הבקרה של האופרון - LiaR, גרמה לכך שהזנים המוטנטים יהיו רגישים מאד - גם לדפטומיצין וגם לחלבונים הקטיוניים של מערכת החיסון. וזה הוביל למסקנה שאקטיבציה של אופרון ה-LiaFSR הכרחית כדי שהאנטרוקוקים יהיו עמידים לדפטומיצין. אך איך מופעלת האקטיבציה הזו.
שיתוף פעולה של חוקרים ממעבדות שונות הצליח לפצח את המנגנון לעמידות בפני הדפטומיצין ב-E. faecalis:
החוקרים איתרו חלבון, אותו כינו LiaX, שהוא חלק ממערכת ה-LiaFSR, והוא המתווך העיקרי במערכת. בחלבון אותרו שני מתחמים, המתחם בקצה N של החלבון והמתחם בקצה C של החלבון. המתחם של קצה C מעכב את מערכת ה-LiaFSR, ובהעדרו, המערכת מופעלת. הקצה ה-N של LiaX מתפקד כחיישן של דפטומיצין (או החלבון הקטיוני האימוני המקביל) ובנוכחותם הוא מפעיל את LiaFSR, ואת השינויה"הגנתי" במבנה הממברנה.
 |
| מודל פשטני של המתואר במאמר |
בזנים המקוריים, הרגישים לדפטומיצין, LiaX בולט אל מחוץ לתא החיידק והמתחם שבקצה C שלו מעכב את LiaFSR, כנראה על-ידי התקשרות ל-LiaF ו-LiaS.
עמידות לדפטומיצין בזנים הקליניים יכולה להתפתח בשתי צורות:
הראשונה - העלמות או אובדן תפקוד של מתחם C של LiaX. או מוטציות באחד משני החלבונים, LiaF ו-LiaS, שכתוצאה מכך הם מפסיקים להגיב עם LiaX, ומערכת LiaFSR "חופשיה" לשנות את המבנה של הממברנה למבנה ה"הגנתי".
השנייה: ייצור בעודף של החלבון LiaX. כתוצאה מכך מופרש החלבון (בצורה לא ידועה עדיין) אל מחוץ התא, גם בצורתו השלמה וגם בצורה מקוצרת - מתחם N בלבד. בהעדר דפטומיצין, מתחם C עדיין מנטרל את מערכת LiaFSR, אך בנוכחות האנטיביוט מתחם N, הנמצא בעודף, מפעיל את מערכת.
השלכות עתידיות: אם ימצא בהמשך חומר שינטרל את את LiaX, נוכל להשתמש בו ביחד עם דפטומיצין - גם נגד הזנים העמידים.
לקריאה נוספת
המאמר המקורי - ב-PNAS, דצמבר 2019
הסבר מעולה ובגובה העיניים.
השבמחקכיף מאוד להתעדכן.
תודה רבה.