Kansasin yliopiston molekyylibiotieteiden laitoksen Ackleyn ja Chandlerin laboratorioiden viimeaikainen työ on kuitenkin ristiriidassa tämän ajatuksen kanssa, sillä sen sijaan se viittaa siihen, että ruoansulatuskanavan alhaisempi pH saattaa tehdä joistakin bakteerien taudinaiheuttajista entistäkin haitallisempia.
Heidän havaintonsa, jotka julkaistiin vertaisarvioidussa PLOS Pathogens -lehdessä, voivat vaikuttaa antibioottiresistenssikriisin ratkaisemiseen bakteeri-infektioissa ympäri maailmaa.
Tutkimuksessa käytettiin pieniä, bakteereja syöviä Caenorhabditis elegans -nimisiä organismeja.
”Nämä matomaiset eläimet ovat läpinäkyviä, joten voimme tarkkailla melko helposti asioita, joita niiden sisällä tapahtuu”, kertoi toisena kirjoittajana toiminut Brian Ackley, joka on KU:n molekyylibiotieteiden apulaisprofessori. ”Käyttämällä KU:ssa kehitettyjä pH-herkkiä kemikaaleja, Kansas Reds -nimisiä kemikaaleja, pystyimme seuraamaan pH:ta ruoansulatuskanavan sisällä ja seuraamaan, mitä tapahtuu, kun ne syövät haitallisia bakteereja verrattuna ei-haitallisiin bakteereihin.”
Ku:n tutkijoiden mukaan C. elegansin ruoansulatuskanavat ovat normaalioloissa terveillä bakteereilla ruokailemisen aikana kohtuullisen happamia verrattuna ihmisen vatsoihin. Mutta näiden mallilajien mahoissa on myös alueellisia eroja ruoansulatuskanavan sisällä. Kun ne syövät patogeenejä, ne neutralisoivat happaman ympäristön.
Tämä havainto viittasi siihen, että eläimet pystyivät erottamaan hyvät ja huonot bakteerit toisistaan, ja haitalliset bakteerit saivat aikaan vähemmän happaman ruoansulatuskanavan C. elegansissa – tulos, joka on ristiriidassa sen kanssa, mitä saattaisi olettaa, jos hapan ympäristö olisi luotu tappamaan bakteereja.
Testatakseen tätä tutkijat käyttivät eläimiä, joilla oli mutaatioita geeneissä, jotka auttoivat säätelemään ruoansulatuskanavan pH:ta.
”Kun eläimillä oli happamampi ruoansulatuskanava, patogeeniset bakteerit vaikuttivat niihin todennäköisemmin — jälleen vastoin sitä, mitä voisi olettaa, jos happamuus olisi hyödyllistä tappaakseen haitallisia bakteereja, jotka saattaisivat livahtaa elimistöön ruoan mukana”, Ackley sanoi. ”Laboratorioryhmämme pystyivät osoittamaan, että vaikutus eläimiin johtui nimenomaan pH:sta lisäämällä emästä ruoansulatuskanavan puskuriksi. Käytimme bikarbonaattia, samaa ainetta, jota kehomme käyttää neutraloidakseen vatsan sisällön, kun se kulkeutuu suolistoon. pH:n neutralointi mutanttieläimissä palautti patogeenisten bakteerien kiihtyneen infektion.”
KU:n tutkija sanoi, että eri lajit reagoivat eri tavoin, kun niiden elimistö havaitsee patogeenisiä bakteereja – mutta jotkin biologiset reaktiot ovat yhteisiä monille eläimille.
”Yleinen reaktio käsittää kemikaalien, kuten vetyperoksidin tai hypokloorihapon eli valkaisuaineen, muodostumisen bakteerien läheisyyteen, minkä jälkeen erikoistuneet immuunijärjestelmän solut syövät kuolevia bakteereja”, Ackley sanoi. ”Pitääkseen kehomme turvallisena immuunijärjestelmä ottaa nämä puolustusmekanismit käyttöön vain silloin, kun se on varma, että se joutuu hyökkäyksen kohteeksi. Työ C. elegansissa saattaa ehdottaa tapaa, jolla elimistö voi pitää nämä puolustusmekanismit valmiina hetken mielijohteesta – eli pitää kemiallisen ympäristön kohtalaisen happamassa tilassa, jossa näiden kemikaalien tuottaminen on vaikeaa, ja sitten infektion sattuessa yksinkertaisesti neutralisoida ympäristö puolustusmekanismien käyttöön ottamiseksi.”
Ackleyn KU:n kollegoita työssä olivat johtava kirjoittaja Saida Benomar, Patrick Lansdon ja Josephine R. Chandler molekyylibiotieteiden laitokselta sekä Aaron Bender lääkekemian laitokselta ja Blake R. Peterson Ohion osavaltionyliopistosta.
Tutkijat uskovat, että voi olla syitä uskoa, että nämä järjestelmät voisivat toimia samalla tavalla myös ihmisillä.
Heidän C. elegansissa tutkimansa geenit ovat olemassa myös ihmisillä, ja ne säätelevät immuunijärjestelmän osia. Lisäksi muissa laboratorioissa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet ihmisillä tapauksia, joissa pH:n säätelyyn liittyvät ongelmat liittyvät lisääntyneeseen infektioriskiin. Jatkossa tutkijat haluavat ymmärtää mekanismia syvemmällä tasolla.
”Tavoitteenamme on tehostaa tätä luonnollista puolustusjärjestelmää ihmisissä keinona joko välttää tai vähentää antibioottien käyttöä”, Ackley sanoi. ”Tällä hetkellä antibioottien käyttö on kestämätöntä, ja bakteerit kehittävät resistenssiä hälyttävää vauhtia. Jos C. elegansissa löydetty järjestelmä on itse asiassa edelleen olemassa ihmisissä, se viittaisi siihen, että bakteerit sopeutuvat tähän puolustusstrategiaan paljon hitaammin kuin antibiootteihin.”