Odkryto nowy element układu immunologicznego

Izraelscy naukowcy odkryli nieznany dotąd element układu odpornościowego, który przez cały czas ukrywał się w systemie utylizacji i recyklingu śmieci w komórkach. Odkrycie to poszerza naszą wiedzę na temat mechanizmów obronnych organizmu i daje nadzieję na opracowanie nowych antybiotyków.

Wydawać by się mogło, iż nasz układ immunologiczny jest dobrze zbadany. Ale w niedawnych analizach zaskoczył naukowców. Uczeni z Instytutu Naukowego Weizmanna, badając proteasom – małą strukturę obecną w każdej komórce, której zadaniem jest degradacja niepotrzebnych już białek na mniejsze fragmenty, peptydy, odkryli, iż niektóre z nich są zdolne do zabijania bakterii.

Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-025-08615-w).

Proteasom

Nasze komórki stale pozbywają się białek, które są uszkodzone lub już niepotrzebne. Ten system usuwania odpadów komórkowych to proteasom. Odgrywa on główną rolę w degradacji i recyklingu białek na mniejsze kawałki – peptydy. Już w latach 90. wykazano, iż peptydy mogą pomagać układowi odpornościowemu identyfikować zagrożenia. W nowych badaniach okazało się, iż niektóre peptydy uwalniane w proteasomie są zdolne do zabijania bakterii.

Kilka lat temu naukowcy z Instytutu Naukowego Weizmanna opracowali technologię, która pozwala na podglądanie pracy proteasomu. Korzystając z tego narzędzia, śledzili proteasomy w różnych stanach chorobowych, takich jak toczeń i rak, gromadząc ogromne ilości danych na temat zdegradowanych fragmentów białek. Ich analiza pokazała, iż produkty degradacji białek mogą odgrywać dodatkową rolę. Wiele z nich pasowało do sekwencji wcześniej zidentyfikowanych peptydów przeciwdrobnoustrojowych, kluczowych składników wrodzonego układu odpornościowego, który działa jako pierwsza linia obrony organizmu przed bakteriami, wirusami i pasożytami.

Od lat wiadomo, iż takie peptydy mogą być wytwarzane przez enzymy tnące białka zwane proteazami, które „uwalniają” je z białek, aby mogły stać się aktywne, ale nowe odkrycia wykazały, iż takie peptydy mogą być aktywowane przez proteasomy. Naukowcy ustalili, iż sam proteasom nieustannie produkuje te peptydy jako część swojej rutynowej aktywności. Co więcej, ich produkcja znacznie wzrasta podczas infekcji bakteryjnych.

„Ta baza danych peptydów otwiera nowe możliwości opracowywania spersonalizowanych metod leczenia infekcji i innych schorzeń – powiedział prof. Yifat Merbl z Instytutu Naukowego Weizmanna. – Do tej pory nie wiedzieliśmy nic o związku między produktami proteasomów a produkcją tych peptydów. Przeprowadziliśmy obszerną serię eksperymentów, które wykazały, iż proteasomy są najważniejsze dla tego systemu obronnego – dodał.

Skuteczność peptydów

We wspomnianych eksperymentach uczeni zablokowali proteasomy w jednej grupie komórek ludzkich, a pozostawili je nietknięte w drugiej. Gdy komórki zostały zainfekowane salmonellą, bakterie lepiej rozwijały się w grupie, w której brakowało aktywnych proteasomów.

Skuteczność peptydów wykazano również u myszy zakażonych bakteriami wywołującymi zapalenie płuc i sepsę, stan zagrażający życiu wywołany reakcją immunologiczną na ciężką infekcję. Eksperymenty wykazały, iż leczenie peptydem wytworzonym przez proteasom (PDDP – proteasome-derived defence peptides) znacznie zmniejszyło liczbę bakterii, zmniejszyło uszkodzenia tkanek, a choćby poprawiło wskaźniki przeżywalności.

Naukowcy wykazali, iż pojedynczy peptyd, który jest naturalnie wytwarzany przez organizm, może okazać się skuteczny w przypadku stanu zagrażającego życiu, gdy jest podawany w dużych ilościach. Wyniki takiej terapii były porównywalne z wynikami leczenia silnymi antybiotykami.

Tryb „turbo”

Naukowcy zauważyli też, iż infekcja bakteryjna przełącza proteasom w, jak to określili, tryb „turbo”. – Zauważyliśmy, iż infekcja powoduje, iż proteasom zmienia tryb cięcia białek, „sprzyjając” produkcji peptydów o adekwatnościach antybakteryjnych – wyjaśnił Merbl.

– Śledzenie zmiany aktywności proteasomu w odpowiedzi na infekcję bakteryjną było możliwe dzięki technologii, którą opracowaliśmy kilka lat temu. Punkt zwrotny nastąpił, gdy zobaczyliśmy, iż aktywność cięcia peptydu proteasomu zmieniła się podczas infekcji. Wtedy zdaliśmy sobie sprawę, iż odkryliśmy nieznany wcześniej mechanizm odpornościowy – powiedziała Karin Goldberg, współautorka publikacji.

Używając algorytmu do analizy wszystkich białek wytwarzanych przez ludzki organizm, naukowcy zidentyfikowali peptydy o potencjalnych adekwatnościach przeciwbakteryjnych w 92 procentach ludzkich białek. Ich symulacje ujawniły ponad 270 tys. nieznanych wcześniej peptydów, które mogłyby zostać uwolnione przez proteasom, co stanowi ogromny, niewykorzystany rezerwuar naturalnych środków przeciwdrobnoustrojowych.

To otwiera nowe możliwości opracowywania spersonalizowanych metod leczenia infekcji. Na przykład naturalne peptydy można dostosować w celu wzmocnienia obrony immunologicznej u pacjentów z osłabioną odpornością, jak biorcy przeszczepów narządów lub pacjenci onkologiczni. Co więcej, ponieważ oporność na antybiotyki przez cały czas stanowi poważne wyzwanie dla zdrowia publicznego, wyniki badania nie tylko zmieniają naszą wiedzę na temat odporności komórkowej, ale także otwierają drogę innowacyjnym terapiom opartym na naturalnych mechanizmach.

Źródło: Weizmann Institute of Science, IFLScience, fot. RawPixel/ CC0