Živé organizmy sú vďaka miliónom rokov evolúcie prispôsobené nielen na ideálne životné podmienky, ale aj na kolísanie fyzikálnych a chemických vlastností prostredia, pokiaľ ostávajú v určitom rozmedzí.

Zatiaľ čo napríklad živočíchy dokážu často nebezpečným okolnostiam uniknúť, mikroorganizmy rastúce v pôde, vo vode, či parazitujúce na svojom hostiteľovi túto možnosť väčšinou nemajú. Vybavené sú však mnohými schopnosťami a zbraňami, vďaka ktorým prežijú aj extrémne výkyvy teploty, vlhkosti či slanosti prostredia, neraz dokonca i chemické útoky svojich súperov. Takýmito súpermi môžu byť ich evoluční konkurenti toho istého či príbuzného druhu. O zdroje živín proti sebe bojujú tiež baktérie a eukaryotické jednobunkovce a v minulom storočí začal svoje veľké ťaženie proti patogénnym mikroorganizmom aj človek. Naučil sa využívať zbrane prirodzených nepriateľov svojich nepriateľov – plesní (napr. penicilín) či baktérií (napr. streptomycín, tetracyklín, chloramfenikol). Ako im dokážu odolávať rezistentné bunky? A čo vlastne stojí za „vznikom“ rezistencie?

 

Bunky kvasinky (a) a „hlavička“ plesne (b) pod elektrónovým mikroskopom

Plazmatická membrána – cieľ aj obranný štít

Terčom liečiv môžu byť rôzne bunkové procesy; od duplikácie DNA, cez preklad genetickej informácie do bielkovín až po metabolické reakcie produkujúce niektorú z látok nevyhnutných na prežitie. Liečivo bunku buď usmrtí, alebo iba znemožní jej delenie. Pokiaľ sa počet baktérií alebo kvasiniek v tele nezvyšuje, imunitný systém si s nimi ľahšie poradí. Ak však prestaneme užívať liek príliš skoro domnievajúc sa, že zmiznutie príznakov odzrkadľuje aj zmiznutie našich nevolaných hostí, bunky ochromené liekom, ktoré imunitný systém nestihol zlikvidovať, sa opäť spamätajú a choroba prepukne odznova.

Aby neuškodili aj pacientovi, ciele liečiv sa volia tak, aby sa v ľudských bunkách buď nevyskytovali, alebo aby boli od ľudských dostatočne odlišné. Mnohé antimykotiká, teda lieky proti ochoreniam spôsobeným hubami, medzi ktoré patria aj kvasinky a plesne, napríklad znemožňujú tvorbu zložiek „obalov“ – bunkovej steny či plazmatickej membrány. Živočíšne bunky bunkovú stenu nemajú a ich membrány sa od hubových zásadne líšia. Medzi kľúčové stavebné prvky plazmatickej membrány húb patrí totiž aj „dvojník“ cholesterolu, ergosterol, ktorý významne prispieva k udržaniu jej polotekutého stavu. Tvorbu ergosterolu má na starosti sada mnohých enzýmov (bielkovinových katalyzátorov, čiže „urýchľovačov“ biochemických reakcií), a práve na niektoré z nich sa dokážu naviazať určité antimykotiká. Väzba liečiva zablokuje enzým, prísun ergosterolu do membrány sa zastaví, deliaca sa bunka ho nemá dostatok pre novovytvorené membrány, a tak postupne zahynie.

Čo môže bunka urobiť na svoju obranu? Mať k dispozícii špeciálne protijedy voči každému z potenciálnych ohrozovateľov by bolo náročné. A hoci existujú prípady, keď si bunky vyrábajú enzým schopný zničiť konkrétne antibiotikum (napr. β-laktamázu štiepiacu antibakteriálny ampicilín), baktérie a kvasinky majú v zásobe účinnejšiu stratégiu: „Vyhodenie“ liečiva von z bunky bez ohľadu na jeho cieľ či spôsob účinku. Títo „vyhadzovači“ sa nachádzajú vo vstupnej bráne do bunky – v plazmatickej membráne. Sú to bielkovinové pumpy, čiže akési regulovateľné kanáliky prepravujúce rôzne cudzorodé látky späť do okolitého prostredia.

Dva základné typy bielkovinových púmp líšiace sa štruktúrou a zdrojom energie použitej na prenos liečiva von z bunky. Čierne šípky naznačujú smer prenosu cez bielkovinu.

Ako prichádzajú na svet nové obranné mechanizmy?

Zastavme sa na chvíľu pri otázke, ktorá v rôznych podobách zrejme mnohým vŕta v hlave pri každom novom poznatku o nejakej fascinujúcej schopnosti bunky či organizmu: Ako nadobúdajú bunky nové schopnosti? Ako to, že sa v nich odohrávajú dedičné zmeny, ktoré sú „na mieru ušité ich potrebám“?

Odpovede poskytuje evolučná teória. Na základe jej princípov si môžeme predstaviť takýto scenár: Vieme už, že gény kódujúce informáciu, podľa ktorej vznikajú pumpy odstraňujúce antimykotiká, sa nachádzali aj v spoločnom predkovi dnešných druhov kvasiniek, z ktorého sa postupne vyvinuli počas evolúcie. Vieme tiež, že sa nápadne podobajú génom pre iné prenášače v plazmatickej membráne, špecializované napríklad na príjem živín z prostredia. V jednej z buniek tejto „prakvasinky“ sa mohol náhodou zdvojiť gén pre niektorý z týchto prenášačov (duplikácia génov nie je v histórii živých organizmov dlhej milióny rokov vôbec výnimočnou udalosťou). Potom náhodné mutácie postupne premenili jeho informáciu natoľko, že ním kódovaná bielkovina už nerozoznávala a neprenášala svoj pôvodný náklad, ale bola schopná zachytiť a „vyhodiť“ rôzne cudzorodé, škodlivé látky. Pokiaľ sa práve takéto látky v prostredí nachádzali, bunka s touto mutáciou dokázala prežiť ako jediná z celej populácie. Celé nasledujúce generácie preto vďaka nej niesli mutovaný gén poskytujúci aj im výhodu v prípade, že prídu do styku s toxickými látkami.

Zjednodušená predstava vzniku a rozšírenia odolnosti voči toxickým látkam vrátane liečiv

Ako riešiť problém rezistentných kvasiniek?

Čo je výhodné pre kvasinky, nemusí však byť výhodné pre človeka. Okrem druhov využívaných už tisíce rokov pri výrobe chleba, piva či vína poznáme totiž aj množstvo patogénov spôsobujúcich neraz vážne ochorenia, mykózy. Najznámejšie sú tzv. kandidózy, pomenované podľa svojich pôvodcov z rodu Candida. Hoci kandidy máme na slizniciach a na koži všetci, podobne ako prospešné baktérie v črevách, iba v určitých prípadoch sa zmnožia a rozšíria natoľko, že prepukne choroba. Ohrozujú predovšetkým ľudí s výrazne zníženou imunitou, ako sú napríklad pacienti s AIDS, ale tiež novorodenci.

Našťastie, nie všetky kvasinkové bunky sú pripravené na boj proti všetkým antimykotikám, a to aj v prípade, že majú príslušné gény pre membránové pumpy. Spôsoby, ktorými sa tieto gény aktivujú, a podmienky, ktoré k tomu môžu viesť, sa neustále skúmajú. Sled vzájomných interakcií signalizujúcich a regulačných bielkovín – od rozpoznania cudzorodej látky až po spustenie prepisu informácie z príslušného génu pre membránovú pumpu – je už pomerne detailne známy. Počet objavených faktorov, ktoré ovplyvňujú tieto zložité procesy, však ešte stále stúpa. Poznanie mechanizmov rezistencie je nevyhnutným podkladom pre vývoj dômyselnejších liečiv.

V dôsledku častého používania antimykotík je rezistencia na ne stále väčším problémom. Liečivo totiž zneškodní všetky bunky okrem tých, ktoré sa voči nemu dokážu brániť, a tak hoci tieto mohli pôvodne predstavovať iba drobný zlomok počtu kvasiniek v napadnutom človeku, stanú sa rýchlo dominantnými a šíria sa úspešne ďalej. Preto je popri hľadaní nových liečiv schopných uniknúť obranným mechanizmom kvasiniek dôležitou stratégiou tiež hľadanie liečiv schopných tieto pumpy zablokovať, prípadne zabrániť už ich vzniku.

Jednou z najčastejších mykóz je pleseň nôh (tzv. „atletická noha“)

Podobné mechanizmy využívajú aj nádorové bunky

Už desaťročia sa potvrdzuje, že čo sa naučíme vďaka kvasinkám, je zväčša užitočné aj pri štúdiu mnohobunkových organizmov. Membránové pumpy zbavujúce bunku nebezpečných cudzorodých látok nie sú špecifikom mikroorganizmov. Nielen kvasinky a baktérie, ale aj naše vlastné bunky ich často dokážu využívať. A hoci by sa zdalo, že táto schopnosť je pre nás jednoznačne prospešná, sú prípady, kedy ju, naopak, treba potláčať či obchádzať.

Kedy sa lekári snažia zahubiť naše vlastné bunky? V prípade, že sa začnú nekontrolovane deliť a vzniká nebezpečný nádor. Pokiaľ sa mu však podarí aktivovať pumpy odstraňujúce liečivo, boj s chorobou sa výrazne sťaží. Výskum odolnosti buniek voči cudzorodým látkam má preto opodstatnenie pre rozličné oblasti medicíny.

Lenka Abelovská