مرکز تحقیقات مایکوباکتریولوژی

باکتری که بیماری ویرانگر سل را ایجاد می کند، توانایی فرار از ویرانی را دارد و بعد از اینکه توسط ماکروفاژهای ریه که سلول های ایمنی مسئول تخریب پاتوژن هستند در بر گرفته می شود، باز هم می تواند به رشد خود ادامه دهد. اکنون، محققان مراحل بیوشیمیایی کلیدی میان باکتری مایكوباكتريوم توبركلوزیس و ماکروفاژهایی که مسئول این توانایی هستند را توصیف نموده اند.

دکتر مایکل نیدرویس (Michael Niederweis) و همکارانش می گویند " این دانش استراتژی های بیمار محور جهت درمان بیماری سل را آشکار می سازد، بیماری که سالانه 4/1 میلیون نفر را می کشد و 10 میلیون نفر دیگر را نیز درگیر می کند. نیدرویس استاد میکروبیولوژی دانشگاه آلاباما در بیرمنگهام (UAB) می باشد و نتایج پژوهش ایشان در نشریه Cell Reports به چاپ رسیده است.

پس از 132 مطالعه محققان، در نهایت، سه سال پیش، تیم پروفسور نیدرویس برای اولین بار نخستین توکسین موجود در مایكوباكتريوم توبركلوزیس را کشف نمودند. این توکسین تقریبا با تمام باکتری های بیماری زای دیگر که تکسین آن ها به ایجاد بیماری یا مرگ کمک می کند مورد مقایسه قرار گرفت. آن ها توکسین مایكوباكتريوم توبركلوزیس را توکسین نکروز کننده (TNT) نامیدند و نشان دادند این توکسین عضو بنیادی گروه بدیعی از توکسین هایی است که پیش از این شناخته شده بودند و در بیش از 600 گونه باکتریایی و قارچی وجود دارند. از میان آن ها می توان یرسینا پستیس را نام برد که باکتری مولد طاعون خیارکی سیاه در اروپای قرون وسطی می باشد.

تیم پروفسور نیدرویس دریافت که TNT از لحاظ آنزیمی NAD+ که کوآنزیم حیاتی در تمام سلول های زنده است را هیدرولیز می نماید و همین از دست دادن NAD+ درون ماکروفازها به نحوی سبب مرگ سلول نکروتیک ماکروفاژ می شود؛ که همین مسئله به مایكوباكتريوم توبركلوزیس اجازه می دهد تا سلول های بیشتری را آلوده نماید. این مرگ نکروتیک، ماکروفاژ را از مسیر طبیعی خود یعنی؛ تخریب باکتری های محصور شده در ماکروفاژ، از هم گسستگی لیزوزومی باکتری درون ماکروفاژ و مرگ سلولی برنامه ریزی شده یا آپاپتوز ماکروفاژها دور می کند. این مطالعه نشان می دهد چگونه TNT در مبارزه میان مایكوباكتريوم توبركلوزیس و سیستم ایمنی بدن انسان برای کنترل سرنوشت ماکروفاژهای آلوده پیروز می شود؛ این مبارزه یک نبرد بسیار حیاتی است که نتیجه عفونت را تعیین می کند.

ماکروفاژها برای هدایت یک مسیر استاندارد برای نکروز برنامه ریزی شده که تحت عنوان نکروپتوزیس شناخته شده است،از ژن هایی برخوردار می باشند که توسط سیستم ایمنی فعال می شوند. تیم نیدرویس متوجه شدند تخلیه NAD+ توسط هیدرولیز TNT، در حالی که دو ترکیب بالایی این مسیر را دور می زند، دو واسطه این واکنش یعنی RIPK3 و MLKL را فعال می نماید. در همین زمان، نیروگاه های سلول که میتوکندری خوانده می شوند دپولاریزه شده و سنتز ATP یعنی مولکولی که بیشترین انرژی شیمیایی سلول ها را تامین می کند، کاهش می یابد. در کمال تعجب، هنگامی که محققان از طریق مهار آنزیمی در مسیر نجات NAD+، سطوح NAD+ در ماکروفاژهای غیر عفونی را تخلیه نمودند، نکروزه شدن نیز از طریق مسیر RIPK3 و MLKL فعال شد. این نشان می دهد که تخلیه NAD+ به تنهایی، حتی وقتی که TNT و مایكوباكتريوم توبركلوزیس حضور ندارند برای القای نکروپتوزیس کافی بود.

این یافته ها به طرح این سوال انجامید: آیا جا به جایی NAD+ در ماکروفاژهای آلوده به مایكوباكتريوم توبركلوزیس، سیتوتوکسیته ناشی از TNT را کاهش می دهد؟ محققان دریافتند افزودن نیکوتین آمید، پیشگام NAD+، به کشت سلولی ماکروفاژهای آلوده، قابلیت زیستن ماکروفاژها را سه برابر می کند. به طور مشابه، افزودن ترکیبات به میتوکندری حفاظت شده داخل ماکروفاژها، در خلال افزایش تعداد میتوکندری ها، علاوه بر اینکه درصد تنفس میتوکندریایی را افزایش می دهد یا از تشکیل تراوایی میتوکندریایی جلوگیری می نماید، پتانسیل غشای میتوکندریایی و قابلیت زیستن سلولی را به سه تا چهار برابر در ماکروفاژهای آلوده افزایش می دهد. همچنین، هر چهار شیوه، رشد درون سلولی باکتری مایكوباكتريوم توبركلوزیس را محدود می نمایند.

نیدرویس گفت "این یافته که تخلیه NAD+ محرک مرگ سلولی برنامه ریزی شده برای کشتن ماکروفاژهای آلوده شده با مایكوباكتريوم توبركلوزیس می باشد، استراتژی هایی را برای معرفی شیوه های درمان ضد سلی میزبان محور آشکار نمود." این شیوه ها شامل استفاده از داروهای تایید شده FDA می باشند که نکروپتوزیس را کاهش می دهد، دوباره پر کردن NAD+ برای بیماران یا استفاده از واکنش دهنده هایی که عملکرد میتوکندریایی را تقویت می کنند، که همه این ها می توانند در ترکیب با داروهای ضد باکتریایی که برای درمان بیماری سل به کار می روند مورد استفاده قرار گیرند. این استراتژی های میزبان محور همچنین می توانند برای سایر پاتوژن های باکتریایی و قارچی که NAD+ را تخلیه می نمایند مورد استفاده قرار گیرند. نیدرویس گفت "شاید مهم تر از همه نقش RIPK3 به عنوان یک سنسور انرژی سلولی باشد که می تواند در سایر بیماری هایی که نقصان NAD+ یک عامل پاتولوژیک رایج می باشد از جمله دیابت نوع دو و تعداد زیادی از بیماری های عصبی و قلبی نقش مهمی را ایفا نماید."

نیدرویس گفت "نتایج این پژوهش حاصل یک کار گروهی بسیار کارآمد می باشد" که در آزمایشگاه و با همکاری دکتر دیوید پاخویلو (David Pajuelo) دانشجوی فلوشیپ و پست دکترای پروفسور نیدرویس و دکتر نوربرتو گونزالس جواربه (Norberto Gonzalez-Juarbe ) فلوشیپ و پست دکترای آزماشگاه کارلوس جی اورهویلا (Carlos J. Orihuela ) و دانشیار میکروبیولوژی دانشگاه UAB انجام شد.