EUREKA DGP: Jak odróżnić dobre bakterie od złych?

A konkretnie bakterie, które nie sprawiają problemów, od takich, które wywołują zakażenie – chociaż należą do tego samego gatunku. Blisko rozwiązania tej zagadki są naukowcy z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego

Dr Katarzyna Wiśniewska, dr hab. Lidia Piechowicz i dr Tomasz Jarzembowski z Uniwersytetu Gdańskiego / Dziennik Gazeta Prawna

Zna to każdy z nas. Wieczorem kupujemy w aptece sterylny plastikowy pojemniczek – a rankiem, tuż po przebudzeniu, udajemy się do toalety go napełnić. Uwaga! Tylko środkowym strumieniem. Pierwsza partia moczu może bowiem zanieczyścić próbkę. Ta procedura to wstęp do jednej z najważniejszych technik współczesnej diagnostyki medycznej, która pomaga w rozpoznaniu infekcji dróg moczowych. Chociaż nie jest pozbawiona wad, to od ponad pół wieku naukowcy nie byli w stanie zaproponować w tej dziedzinie żadnej nowinki. Aż do teraz.

Aby łatwiej było zrozumieć, na czym polega innowacja zaproponowana przez badaczy z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, musimy sobie odpowiedzieć na pytanie: jak dzisiaj wygląda rozpoznanie zakażeń układu moczowego?

– Wykrywa się je za pomocą oceny ilości bakterii w moczu. Problem polega na tym, że metoda ta nie sprawdza się w przypadku części pacjentów – tłumaczy dr hab. Tomasz Jarzembowski z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Ocena ilościowa to liczenie mikrobów. Z oczywistych względów rachowanie ręczne jest niepraktyczne, dlatego diagności uciekają się do pewnego triku: skoro bakterii nie widać gołym okiem, to je powiększmy. Działa to tak: z moczu pobierana jest próbka określonej objętości, którą następnie wysiewa się na specjalnej szalce. Tutaj bakterie się mnożą, bo szalka wyłożona jest pożywką, a dodatkowo trafia do urządzenia zapewniającego im stałą temperaturę. Po 24 godzinach w komfortowych warunkach szalka pokryta jest plamkami: każda z nich to kolonia powstała z jednej bakterii lub zlepku kilku sztuk, bo mikroby uwielbiają tworzyć tzw. agregaty. Dlatego kiedy mówimy o zawartości bakterii w moczu, to tak naprawdę odnosimy się do wskaźnika CFU na mililitr, czyli jednostek tworzących kolonie (colony forming units).

Przyjmuje się, że mamy do czynienia z zakażeniem, jeśli wskaźnik ten przekroczył wartość 100 tys. Problem polega na tym, że jest to umowna granica, która może się przesuwać w zależności od wieku i płci pacjenta czy obecności czynników predysponujących do zakażeń, jak cukrzyca czy kamica nerkowa. Co więcej, u niektórych pacjentów – np. kobiet w ciąży – zakażenie nie występuje, chociaż wskaźnik przekroczył progową wartość.

Poprawna diagnostyka zakażeń układu moczowego jest ważna z punktu widzenia ograniczania użycia antybiotyków. Leki te są naszą jedyną bronią w walce z bakteriami, a coraz więcej szczepów wykazuje oporność na różne ich grupy. Im więcej pacjentów jest poprawnie diagnozowanych i nie przepisuje się im antybiotyków bez potrzeby, tym bardziej ograniczamy rozprzestrzenianie się lekooporności. – Jest to szczególnie ważne w wypadku pacjentów po przeszczepach, którym podawane są leki ograniczające aktywność układu odpornościowego. Aby nie doszło do odrzucenia przeszczepu, obniżamy odporność pacjenta, ale w efekcie trafia on do grupy ryzyka, bo staje się bardziej podatny na infekcje. Im antybiotyki przepisuje się profilaktycznie, chociaż czasami nie ma takiej potrzeby – tłumaczy dr hab. Lidia Piechowicz.

Z powyższych względów naukowcy od lat starają się opracować taką metodę diagnostyczną, która pozwoli jednoznacznie stwierdzić: czy u pacjenta doszło do zakażenia, czy też nie. Wszak bakterie przebywają w przewodzie moczowym cały czas, ale nie zawsze wywołują infekcję. Naukowcy z Gdańska pomyśleli więc: jeśli my nie jesteśmy w stanie zidentyfikować jednego czynnika, który różni „neutralne” bakterie od „złych”, to może są to w stanie zrobić za nas komórki układu odpornościowego? Rezultaty badań potwierdziły te hipotezę. Jak się okazało, żołnierze ludzkiej immunologii (a konkretnie jeden typ tego wojska, czyli monocyty) doskonale wiedzą, kiedy mają wkroczyć do akcji. Kiedy zaś wkraczają, ulegają zmianom – które my jesteśmy w stanie zaobserwować i zmierzyć. I na tej podstawie wyciągnąć odpowiednie wnioski.

Naukowców interesowały dwa parametry monocytów – ich wielkość oraz adhezja, czyli przyleganie do bakteryjnego biofilmu. Monocyty działają jak odkurzacze – jeśli zidentyfikują zagrożenie, po prostu pożerają wroga, a następnie trawią go w swoim wnętrzu. Jeśli zaś pochłaniają, to znaczy, że puchną – stąd naukowców interesowała ich wielkość. A przyleganie? – Bakterie rzadko występują jako pojedyncze komórki. Najczęściej tworzą biofilmy, czyli pseudotkankę, w których zachowują się tak, jakby tworzyły organizm. Biofilmem jest na przykład płytka nazębna. W ramach biofilmu część mikrobów staje się na przykład nieaktywna metabolicznie, co oznacza, że nie działają na nie antybiotyki atakujące wewnętrzną, biochemiczną maszynerię bakterii. Monocyty rozpoznają jednak biofilm i przylegają do niego – tłumaczy dr Agnieszka Daca.

Naukowcy pobrali próbki bakterii od osób zarówno z infekcją układu moczowego, jak i bez, i napuścili na nie ludzkie monocyty. Jak się okazało, charakterystyka komórek walczących z zakażeniem znacząco różniła się od charakterystyki monocytów, które weszły w kontakt ze stałymi bywalcami dróg moczowych.

Na razie naukowcy przeprowadzili badania na jednym gatunku bakterii, która wywołuje zakażenie – Enterococcus faecalis – ale są w trakcie badań nad innymi (w tym nad głównym winowajcą choroby – Escherichią coli). Jak zapewniają, choć metoda jest bardziej skomplikowana niż rutynowe badanie moczu (potrzebne są komórki układu odpornościowego, których nie można pobrać po prostu od kogoś z ulicy – laboratorium musi nabyć wcześniej tzw. linię komórkową, która zawiera ustandaryzowane typy komórek – aby możliwe było porównanie między nimi), to byłoby ją w stanie przeprowadzić każde przyszpitalne laboratorium.

Nad wynalazkiem pracowali również: dr Katarzyna Wiśniewska, prof. Ewa Bryl, prof. Jacek Witkowski oraz prof. Bolesław Rutkowski z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego.

Eureka! DGP

Trwa czwarta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 16 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 68 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma – oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.