Jeden protein, různá využití: Vědci popisují, jak se bakterie během evoluce učí ničit antibiotika

Bakterie jsou mistry v obcházení lidských snah je zastavit. Jedním z jejich triků je inaktivace antibiotika pomocí speciálních enzymů. Vědci z Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR popsali, jak bakterie zneškodňují antibiotikum rifampicin používané například při léčbě tuberkulózy. Enzym, který to dokáže, je složený z více částí (modulů), z nichž každá samostatně sloužila k něčemu úplně jinému – k přijímání cukrů do buňky.

Rifampicin je antibiotikum, které je účinné proti širokému spektru patogenů. Je základem pro léčbu tuberkulózy, lepry a řady akutních i chronických infekcí způsobených bakteriemi rodu Mycobacterium, Staphylococcus, Listeria, Legionella,Haemophilus a Neisseria.

Vědci z Mikrobiologického ústavu AV ČR zkoumali, jak v bakteriální buňce dochází k inaktivaci rifampicinu pomocí fosforylace (připojení fosfátu na antibiotikum rifampicin), což je jeden ze způsobů antibiotické rezistence. Specializovaný enzym (rifampicin fosfotransferáza) při něm přenese fosforylovou skupinu na antibiotikum, čímž omezí jeho působení v buňce. Novým zjištěním je, že rifampicin fosfotransferáza není jediný enzym, který dokáže rifampicin takto modifikovat. Vodítkem pro tento objev bylo složení modulů (části enzymu na způsob dílků lega), které dohromady tvoří rifampicin fosfotransferázu.

„Každý z těchto modulů je překvapivě strukturně podobný proteinům v systému, který zajišťuje přenos cukrů do buňky a jejich fosforylaci, tedy proteinům se zdánlivě úplně odlišnou funkcí,“ říká Šárka Bobková z Mikrobiologického ústavu AV ČR, první autorka studie.

Enzymy jako modulární součástky

Tuto podobnost si lze představit jako když v elektrotechnice mnoho přístrojů sdílí společné součástky. Například stejné mikročipy mohou být použity v telefonech, automobilech i dronech. Konstruktéři nevymýšlejí každou součástku od nuly, ale upravují a kombinují už existující moduly. V evoluci dělají bakteriální buňky totéž: mají k dispozici společnou sadu základních stavebních kamenů (proteinů), které si lze představit jako kostičky lega. Jejich přeskupováním a drobnými úpravami pak evoluce vytváří metodou pokus–omyl nové schopnosti.

Studie dokládá, že jeden z bakteriálních proteinů v systému pro přenos cukrů do buňky má tvar, který mu umožňuje působit také na rifampicin. Funguje sice jen relativně slabě, ale potvrzuje jeho roli předchůdce plně specializovaného enzymu modifikujícího rifampicin. „Podobně jako když jsou jednoduché modulární součástky přetvořeny do nového přístroje. Součástky, tedy proteiny transportního (fosfotransferázového) systému, byly v průběhu evoluce vylepšeny a pospojovány do jednoho velkého komplexu k účinné fosforylaci, a tudíž inaktivaci rifampicinu,“ uvádí Jana Wiedermannová z Laboratoře mikrobiální genetiky a genové exprese Mikrobiologického ústavu AV ČR.

Být o krok napřed

Publikace rovněž potvrzuje, že enzym rifampicin fosfotransferáza, který je v modelové půdní bakterii tzv. spící (je produkován jen v nízké koncentraci), může způsobit silnou rezistenci vůči rifampicinu v jiných bakteriích, pokud se jeho výroba „zapne“ pomocí signálů v DNA.

Tyto poznatky připomínají, že antibiotická rezistence nevzniká náhodou. Často jde o důsledek dlouhodobého evolučního přetváření již existujících nástrojů. Stačí malé změny, nové kombinace modulů nebo „zapnutí“ správného genu – a obyčejný metabolický protein se promění v účinný obranný mechanismus proti antibiotiku.

Porozumění fungování těchto slabě účinných předchůdců enzymů umožňuje nahlédnout do samotného počátku vzniku rezistence.Pokud se podaří tyto mezistupně zachytit a pochopit, bude možné lépe předvídat, jaké nové mechanismy se mohou v bakteriích objevit – a být tak v boji s bakteriemi o krok napřed. Výzkum je proto také součástí programu Strategie AV 21 Infekční choroby: Nové cíle a strategie.

PUBLIKACE

Bobková Š., Plechatá M., Kovaľ T., Šanderová H., Blažková S., Akçin R., Kameník Z., Dohnálek J., Krásný L. and Wiedermannová J. (2026). The bacterial phosphotransferase system-mediated rifampicin phosphorylation: ancestral links to rifampicin-inactivating enzyme. Front. Microbiol. 17:1789656. doi: 10.3389/fmicb.2026.1789656

Kontakty

Mgr. Jana Wiedermanová, Ph.D.

+420296442357;

RNDr. Šárka Bobková, Ph.D.

+420296442497;