Για τα βακτήρια, ο εθισμός στο DNA μπορεί να είναι μια κατάσταση ζωής ή θανάτου. Χάστε ότι το DNA και το βακτήριο υφίσταται έναν ατυχή τοξικό θάνατο.
Πολλά βακτήρια μεταφέρουν εύκολα DNA μεταξύ τους με τη μορφή πλασμιδικού DNA. Τα πλασμίδια είναι κινητά γενετικά στοιχεία που αναπαράγονται ανεξάρτητα από το χρωμόσωμα. Αυτά τα μικρά κυκλικά κομμάτια DNA περιέχουν συχνά γονίδια που παρέχουν στον φορέα του ένα πλεονέκτημα επιβίωσης κάτω από συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες. Για παράδειγμα, εάν ένα βακτήριο περιέχει ένα πλασμίδιο με γονίδιο ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, μπορεί να επιβιώσει από τη θεραπεία με αντιβιοτικά. Όμως, το πλασμίδιο δεν είναι ωφέλιμο για το κύτταρο ξενιστή του σε όλες τις καταστάσεις και δημιουργεί μεταβολικό φορτίο για τον ξενιστή. Γιατί λοιπόν αυτά τα πλασμίδια υπάρχουν και παραμένουν στα βακτήρια;
Τα πλασμίδια έχουν εξελίξει πολλούς μηχανισμούς για να εξασφαλίσουν την επιβίωσή τους. Ένας τέτοιος μηχανισμός είναι μέσω των συστημάτων εθισμού στα πλασμίδια. Συστήματα εθισμού στα πλασμίδια βεβαιωθείτε ότι τα διαιρούμενα κύτταρα επιβιώνουν μόνο εάν αποκτήσουν ένα πλασμίδιο. Αν δεν το κάνουν, πεθαίνουν.
Τι είναι ένα σύστημα εθισμού με πλασμίδια;
Πολλά συστήματα εθισμού στα πλασμίδια αποτελούνται από μια ζεύγη τοξίνης και αντιτοξίνης. Η τοξίνη είναι σταθερή ενώ η αντι-τοξίνη είναι ασταθής και αποικοδομείται και καταστρέφεται από τα ένζυμα στο κύτταρο. Εάν ένα αναπαραγόμενο κύτταρο περιέχει το πλασμίδιο, είναι ασφαλές επειδή η αντιτοξίνη δημιουργείται συνεχώς κρατώντας την τοξίνη μακριά. Ωστόσο, εάν ένα κύτταρο χάσει το πλασμίδιο κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, η τοξίνη κρέμεται ακόμα και μετά την καταστροφή της αντιτοξίνης. Έτσι, όλα τα κύτταρα χωρίς πλασμίδιο πεθαίνουν εξασφαλίζοντας την επιβίωση του πλασμιδίου στις επόμενες γενιές.
Επειδή πολλά παθογόνα φέρουν γονίδια αντιμικροβιακής αντοχής στα πλασμίδια, τα συστήματα εθισμού στα πλασμίδια μπορεί επίσης να είναι ευάλωτος στόχος για την ανάπτυξη φαρμάκων. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Ροκφέλερ βρέθηκαν συστήματα εθισμού στο πλασμίδιο και στους 75 ανθεκτικούς στη βανκομυκίνη απομονώσεις εντερόκοκκων που δοκιμάστηκαν από ασθενείς στο Ιλινόις και στο Μιζούρι. Τα συστήματα εθισμού στα πλασμίδια έχουν επίσης βρεθεί σε άλλα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια όπως π.χ Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumanniiκαι Pseudomonas aeruginosa.
Πώς μπορούν τα συστήματα εθισμού στα πλασμίδια να στοχευθούν στην αντιμικροβιακή ανάπτυξη;
Η στόχευση συστημάτων εθισμού στα πλασμίδια για αντιμικροβιακή ανάπτυξη είναι ιδιαίτερα ελκυστική επειδή τόσο εξαλείφει το πλασμίδιο (και επομένως τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά) όσο και αντιμετωπίζει τη μόλυνση. Τα φάρμακα μπορούν να στοχεύσουν τα συστήματα εθισμού στα πλασμίδια με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, ένα φάρμακο μπορεί να αναστείλει την έκφραση της αντι-τοξίνης. Αυτό σημαίνει ότι με την προσθήκη του φαρμάκου, η αντιτοξίνη δεν παράγεται πλέον και η εναπομείνασα αντιτοξίνη αποικοδομείται γρήγορα οδηγώντας σε κυτταρικό θάνατο. Εναλλακτικά, τα φάρμακα μπορούν να διαταράξουν την αλληλεπίδραση μεταξύ της τοξίνης και της αντιτοξίνης, απελευθερώνοντας επίσης την τοξίνη για να σκοτώσει το κύτταρο.
Τα συστήματα εθισμού στα πλασμίδια μπορεί να φαίνονται σαν εγωιστικό DNA του οποίου ο μοναδικός σκοπός είναι να αναπαραχθεί ανεξάρτητα αν ωφελεί τον ξενιστή ή όχι. Μόλις ένα βακτηριακό κύτταρο «μολυνθεί» με ένα πλασμίδιο που περιέχει ένα σύστημα εθισμού, είναι προορισμένο να διατηρήσει αυτό το DNA για πάντα.
