Vědci z MBU AV ČR objasňují evoluční adaptaci původce černého kašle

Bakterie Bordetella pertussis, původce černého kašle, se během evoluce natolik přizpůsobila člověku, že ztratila schopnost vyrábět si sama jednu z klíčových aminokyselin, cystein. Nová studie vědců z Mikrobiologického ústavu AV ČR (MBÚ AV ČR) konstatuje, že tato závislost na lidském hostiteli je součástí její infekční strategie. Současně však naznačuje, že této závislosti by bylo možné v budoucnu využít při vývoji nových antimikrobiálních terapií. Výsledky dokládají, že regulace metabolismu síry a cysteinu je pro bakterii zásadní nejen pro přežití, ale i pro schopnost vyvolávat onemocnění.

Černý kašel patří mezi vysoce nakažlivá respirační onemocnění. Přestože je dostupné očkování, řada zemí v posledních letech zaznamenala nárůst počtu případů. Lepší pochopení fyziologie bakterie Bordetella pertussis proto může přispět k vývoji nových strategií boje s touto infekcí.

Tým vedený Branislavem Večerkem, vedoucím Laboratoře post-transkripční kontroly genové exprese MBÚ AV ČR, se zaměřil na hospodaření bakterie se sírou, prvkem nezbytným pro fungování všech živých buněk. Síra je součástí mnoha molekul a důležitou roli v jejím metabolismu hraje aminokyselina cystein. Většinu bakterií si cystein dokáže vyrobit ze síranů přijatých z okolního prostředí. Nicméně jak říká první autor studie Argha Saha z MBÚ: „Evoluce B. pertussis vedla ke ztrátě velké části metabolické dráhy umožňující využívat síru z okolního prostředí, a bakterie tak musí cystein získávat z lidského hostitele. To zpravidla přináší bakteriálním patogenům fyziologickou výhodu, neboť ušetří velké množství energie.“

Cystein dioxygenázy jsou klíčové pro metabolismus cysteinu

Nadbytek cysteinu může narušit chemickou rovnováhu uvnitř buněk a vést k jejich poškození. Nicméně získané výsledky naznačují, že tento problém velmi účinně řeší dva enzymy označované jako cystein dioxygenázy, které přebytečný cystein odbourávají a umožňují jej využívat nejen jako zdroj síry, ale i jako zdroj energie. Bakterie bez těchto genů se staly výrazně citlivější k nadbytku cysteinu a vykazovaly značně zhoršené růstové vlastnosti.

Méně toxinu vede k snížené virulenci

Pertusový toxin představuje jeden z hlavních faktorů virulence, které stojí za závažnými projevy černého kašle. Vědci zjistili, že geneticky upravená bakterie, jež postrádá oba výše zmíněné enzymy, sice produkuje pertusový toxin, ale výrazně méně jej vylučuje do okolí a je tak méně cytotoxický vůči lidským imunitním buňkám.

„Snížená virulence geneticky upravených bakterií byla patrná i v myším modelu infekce,“ uvádí B. Večerek z MBÚ AV ČR, jehož laboratoř se zaměřuje na molekulární aspekty patogeneze B. pertusis, a dodává: „Výsledky našeho výzkumu naznačují, že regulace metabolismu cysteinu není spojena jen s výživou bakterie, ale souvisí i s její schopností způsobovat infekci.“

Závislost na cysteinu – nový směr pro léčbu?

Studie ukazuje, že metabolismus cysteinu je pro bakterii kriticky důležitý. Metabolická závislosti bakterie by se tak mohla stát i její slabinou. Pokud by se totiž transport cysteinu z hostitele narušil, mohlo by to vést ke ztrátě životaschopnosti i infekčnosti baktérie. To otevírá zajímavý směr pro budoucí výzkum a vývoj antimikrobiálních terapií.

PUBLIKACE: Saha A, Petráčková D, Holubová J, Beles M, Čurnová I, Staněk O, Večerek B. Two cysteine dioxygenase homologs contribute to the fitness and virulence of a human pathogen. Microbiol Spectr. 2026 Aug 19:e0141426. https://doi.org/10.1128/spectrum.01414-26