Potencjalna strategia przeciwbakteryjna oparta na rybozymie

Antybiotykoporność staje się coraz większym zagrożeniem we współczesnym świecie. Światowa Organizacja Zdrowia informuje, że jeśli nie zostaną podjęte żadne działania, to do 2050 r. infekcje bakteryjne mogą doprowadzić do nawet 10 milionów zgonów. Ponadto, na świecie występuje już wiele patogenów, które są trudne do wyeliminowania z powodu ich naturalnej oporności na istniejące antybiotyki. Poważnym problemem jest również występowanie działań niepożądanych leków. Dlatego, niezwykle ważne jest poszukiwanie nowych, skutecznych i zarazem jak najbezpieczniejszych dla człowieka środków przeciwbakteryjnych. Projekt oferuje uniwersalną, specyficznie ukierunkowaną broń przeciwko patogenom. Jednocześnie, proponowany środek przeciwbakteryjny nie byłby szkodliwy dla organizmu gospodarza i jego symbiotycznego mikrobiomu. W związku z tym, celem projektu jest rozwój nowego podejścia do walki z bakteriami i zwalczania oporności na antybiotyki. Będzie to realizowane poprzez eliminowanie patogennych mikroorganizmów za pomocą enzymów RNA (rybozymów), które są w stanie bardzo precyzyjnie rozpoznawać i rozszczepiać inne cząsteczki RNA (substraty). Przecięcie specyficznego informacyjnego RNA (mRNA), który zawiera matrycę do syntezy białka niezbędnego do życia bakterii, powinno hamować wzrost patogenów.

Projekt zakłada interdyscyplinarne podejście do rozwiązania powyższego problemu. Teoretyczne zadania bioinformatyczne polegać będą na:

1) analizie i dopasowaniu sekwencji wybranych substratów mRNA badanych szczepów Escherichia coli,

2) projektowaniu konstruktów zawierających struktury rybozymów,

3) obliczeniowym przewidywaniu struktur kompleksów substrat:rybozym oraz

4) analizie statystycznej. Ścieżka eksperymentalna łączy metody biochemii, biologii molekularnej, mikrobiologii i biofizyki. Sprawdzony zostanie poziom tworzenia się kompleksów substrat:rybozym.

Następnie, przetestowana będzie skuteczność przecinania substratów mRNA przez zaprojektowane rybozymy. Cząsteczki RNA charakteryzują się wysoką wrażliwością na degradację. W celu ochrony ich struktury przed wszechobecnymi enzymami znajdującymi się w komórce bakteryjnej, rybozymy zostaną ukryte w bardziej stabilnych konstruktach. Ten specjalny system zwiększy stabilność rybozymów i skuteczność przecinania substratów, co przyspieszy hamowanie wzrostu bakterii. Wyniki te zostaną sprawdzone na dwóch poziomach:

1) z zewnątrz, poprzez monitorowanie tempa zabijania bakterii, oraz

2) od wewnątrz, poprzez pomiar poziomu substratu mRNA po przecięciu. W związku z tym, że rybozym będzie działał jako antybiotyk, bakterie mogą tworzyć mechanizmy obronne, aby przetrwać i co za tym idzie, generować mutacje w sekwencji mRNA. Wobec tego, badane będzie również tworzenie potencjalnie opornych mutantów.

Celem projektu jest zupełnie nowe podejście do walki z bakteriami opornymi na antybiotyki, dzięki czemu nabierze ono dużej wartości naukowej. Oprócz uzyskania innowacyjnego, uniwersalnego i specyficznego sposobu potencjalnego radzenia sobie z opornymi bakteriami, wyniki projektu dostarczą informacji na temat odpowiedzi bakterii na obecność rybozymu w ich komórkach oraz mechanizmu powstawania potencjalnych mutacji. Uzyskane informacje mogą zapewnić podstawę oraz dobry punkt wyjścia do przyszłych podobnych badań.