Dodano: 24 grudzień 2021r.

Toksyny wąglika oferują nowy sposób zwalczania bólu

Wąglik ma fatalną reputację. Powszechnie wiadomo, że powoduje poważne infekcje płuc u ludzi i nieestetyczne, choć bezbolesne zmiany skórne u zwierząt gospodarskich i także u ludzi. Bakteria ta była nawet wykorzystywana jako broń. Jednak nowe badania sugerują, że wąglik ma również nieoczekiwany potencjał dobroczynny. Jedna z jego toksyn może pomóc w walce z bólem.

Toksyny wąglika oferują nowy sposób zwalczania bólu

 

Badania ujawniają, że specyficzna toksyna wąglika zmienia sygnalizację w neuronach odpowiedzialnych za odczuwanie bólu u zwierząt. Dostarczona w ukierunkowany sposób do układu nerwowego, może przynieść ulgę w cierpieniu. Ponadto, zespół połączył części toksyny wąglika z różnymi rodzajami ładunków molekularnych i dostarczył je do neuronów odpowiadających za ból. Technika ta może być wykorzystana do projektowania nowych precyzyjnie ukierunkowanych metod leczenia bólu, które działają na konkretne receptory bólowe, ale bez efektów ubocznych, wywoływanych np. przez opioidy.

- Nasza molekularna platforma, wykorzystująca toksynę bakteryjną do dostarczania substancji do neuronów i modulowania ich funkcji, reprezentuje nowy sposób celowania w neurony wywołujące ból – przekonuje prof. Isaac Chiu z Blavatnik Institute w Harvard Medical School.

Wyniki testów zespołu naukowców z Harvard Medical School (HMS) zostały opublikowane w „Nature Neuroscience” (DOI: 10.1038/s41593-021-00973-8).

Potrzeba nowych środków przeciwbólowych

Zdaniem naukowców istnieje pilna potrzeba rozszerzenia obecnego arsenału terapeutycznego w leczeniu bólu. Opioidy pozostają najskuteczniejszym lekiem przeciwbólowym, ale mają niebezpieczne efekty uboczne. Przede wszystkim są silnie uzależniające oraz mogą powodować spłycanie a nawet tłumienie oddechu, a w konsekwencji śmierć.

- Wciąż istnieje ogromna potrzeba opracowania nieopioidowych terapii przeciwbólowych, które nie uzależniają, ale skutecznie wyciszają ból – tłumaczy główna autorka badania Nicole Yang, pracownik naukowy HMS. - Nasze eksperymenty pokazują, że jedną ze strategii, przynajmniej teoretycznie, może być specyficzne celowanie w neurony bólowe za pomocą tej toksyny bakteryjnej – dodaje.

Naukowcy podkreślają jednak, że na razie to podejście pozostaje czysto eksperymentalne i nadal musi być testowane i dalej dopracowywane w dalszych badaniach.

Wąglik może minimalizować ból

Naukowcy z laboratorium prof. Chiu od dawna interesują się wzajemnym oddziaływaniem pomiędzy mikrobami a układem nerwowym i odpornościowym. Wcześniejsze prace prowadzone przez ich zespół wykazały, że inne chorobotwórcze bakterie mogą oddziaływać z neuronami i zmieniać ich sygnalizację w celu wzmocnienia bólu. Teraz Chiu i Yang postanowili sprawdzić, czy mikroby mogą minimalizować ból.

Dzięki zebranym wcześniej danym genetycznym naukowcy wiedzieli, że włókna odpowiadające za ból w neuronach mają receptory przystosowane dla toksyn wąglika. Inne typy neuronów już nie. Innymi słowy, włókna bólowe są strukturalnie przygotowane do interakcji z bakterią wąglika. Zastanawiano się dlaczego, a nowo opublikowane badania rzucają światło na ten problem.

Naukowcy odkryli, że zmniejszenie bólu następuje w efekcie połączenia się neuronów czuciowych (przekazujących sygnały bólowe do rdzenia kręgowego) z dwoma specyficznymi białkami wytwarzanymi przez bakterię wąglika. Eksperymenty wykazały, że dzieje się tak, gdy jedno z białek bakteryjnych, antygen ochronny (protective antigen - PA), wiąże się z receptorami komórek nerwowych i tworzy „bramę” dla dwóch innych białek bakteryjnych: czynnika obrzękowego (edema factor - EF) i czynnika śmiertelnego (lethal factor - LF). W ten sposób białka trafiają do komórki nerwowej. Badania wykazały, że PA i EF razem, warunkujące występowanie opuchlizny, zmieniają sygnalizację wewnątrz komórek, w efekcie wyciszając ból.

Wykorzystanie dziwactw ewolucji do nowych terapii

W serii eksperymentów naukowcy odkryli, że toksyna wąglika zmieniała sygnalizację w ludzkich komórkach nerwowych, a także u żywych zwierząt.

Wstrzyknięcie toksyny do dolnej części kręgosłupa myszy wywołało silny efekt blokady bólu, uniemożliwiając zwierzętom odczuwanie wysokiej temperatury i bodźców mechanicznych. Co ważne, nie miało to wpływu na inne parametry życiowe zwierząt, takie jak tętno, temperatura ciała i koordynacja ruchowa. Oznacza to, że technika jest wysoce selektywna i precyzyjna w celowaniu w źródło bólu i blokowaniu jego rozległych efektów ogólnoustrojowych.

Co więcej, wstrzyknięcie myszom toksyny wąglika złagodziło objawy dwóch innych rodzajów bólu: bólu spowodowanego stanem zapalnym i bólu spowodowanego uszkodzeniem komórek nerwowych, często obserwowanego w następstwie urazów i niektórych infekcji wirusowych, takich jak półpasiec.

Dodatkowo, badacze zaobserwowali, że w miarę zmniejszania się bólu, leczone komórki nerwowe pozostawały fizjologicznie nienaruszone. Odkrycie to wskazuje, że efekty blokowania bólu nie były spowodowane uszkodzeniem komórek nerwowych, ale raczej wynikały ze zmienionej sygnalizacji wewnątrz nich samych.

W ostatnim etapie badań zespół zaprojektował również nośnik z białek wąglika i użył go do dostarczenia innych substancji blokujących ból do komórek nerwowych. Jedną z tych substancji była toksyna botulinowa, kolejna potencjalnie śmiertelna bakteria znana ze swojej zdolności do zmiany sygnalizacji nerwowej. Także ta terapia zablokowała ból u myszy. Eksperymenty pokazują, że może to być nowy system dostarczania substancji do zwalczania bólu.

- Wzięliśmy części toksyny wąglika i połączyliśmy je z białkowym ładunkiem, który chcieliśmy dostarczyć – tłumaczy Yang. - W przyszłości można myśleć o różnych rodzajach białek do dostarczania ukierunkowanych terapii – dodaje.

Dlaczego mikroby łagodzą ból?

Nowe odkrycia rodzą kolejne interesujące pytanie. Ewolucyjnie rzecz biorąc, dlaczego mikroby miałyby wyciszać ból?

Prof. Chiu uważa, że jednym z wyjaśnień może być to, że mikroby rozwinęły sposoby interakcji z gospodarzem, aby ułatwić sobie rozprzestrzenianie się i przetrwanie. W przypadku wąglika ten mechanizm adaptacyjny może polegać na zmienionej sygnalizacji, która blokuje zdolność gospodarza do odczuwania bólu, a tym samym ukrywa obecność mikroba w organizmie. Ta hipoteza może pomóc wyjaśnić, dlaczego czarne zmiany skórne, które czasami tworzy bakteria wąglika, są bezbolesne.

Odkrycia wskazują również na nowe możliwości rozwoju leków, które w przyszłości mogą być pozyskiwane z groźnych bakterii i innych potencjalnie śmiertelnych dla ludzi mikroorganizmów.

 

Źródło: Harvard Medical School, fot. CDC/ Public domain.