Gruźlica

Kwota dofinansowania:

2 424 060,00 zł

OPIS:

Epidemia to występowanie w określonym czasie i w określonym miejscu zwiększonej niż oczekiwana ilości przypadków zachorowań. Epidemie towarzyszą ludzkości od zarania dziejów i niosą ze sobą bardzo poważne skutki. Szacuje się, że jedna z najpoważniejszych historycznych epidemii w historii ludzkości, Czarna Śmierć wywołana przez bakterię Yersinia pestis, spowodowała śmierć około 60% populacji Europy. Jest wiele czynników wpływających na rozwój epidemii chorób zakaźnych. Sprzyja im skupienie ludzi na małym obszarze, brak odpowiedniej higieny czy wentylacji pomieszczeń. Dla rozwoju choroby istotny jest stan immunologiczny pacjenta- dzieci, osoby starsze czy przewlekle chore są z reguły bardziej podatne za zakażenie. Co istotne, czynniki warunkujące częstszą transmisję choroby mogą znajdować się w obrębie samego patogenu. Identyfikacja takich czynników umożliwia szybką interwencję służb medycznych w przypadku zdiagnozowania zakażenia szczególnie groźnym wariantem patogenu. Identyfikacja czynników wpływających na transmisyjność patogenu jest zatem ważna dla skutecznego powstrzymywania rozprzestrzeniania się epidemii. Jedną z najpoważniejszych chorób bakteryjnych współczesnego świata jest gruźlica, wywoływana przez prątki gruźlicy, Mycobacterium tuberculosis. Prątki gruźlicy są szczególnymi bakteriami, u których nie stwierdzono horyzontalnego transferu genów. Zatem cała zmienność genetyczna i fenotypowa tych bakterii warunkowana jest przez duplikacje, delecje, a przede wszystkim przez polimorfizmy pojedynczych nukleotydów. Ich zmienność warunkowana jest zatem przez stosunkowo subtelne zmiany w genomach, a nie, jak zdarza się to u innych gatunków bakterii, poprzez nabywanie nowych genów warunkujących wirulencję. Nie jest zatem jasnym, czy istnieją czynniki prątków gruźlicy, które wpływają na transmisję choroby, czy transmisja tej choroby ma związek wyłącznie ze stanem gospodarza i warunkami środowiska.

Nasza hipoteza badawcza zakłada, że istnieją czynniki zwiększające częstość transmisji gruźlicy, które znajdują się wewnątrz prątków gruźlicy. W naszych badaniach wykorzystamy kolekcję szczepów prątków gruźlicy zgromadzoną w Instytucie Gruźlicy i Chorób Płuc. Nasz Instytut jest Laboratorium Referencyjnym do spraw gruźlicy w Polsce. Z kolekcji wybierzemy po 250 szczepów, które zostaną przyporządkowane do grupy „wysoce transmisyjnej” lub „nisko transmisyjnej”. Chcemy zbadać, czy istnieją cechy, którymi różnią się obie grupy. Badania te prowadzone będą na poziomie występowania charakterystycznych cech fenotypowych prątków, charakterystycznej odpowiedzi gospodarza wobec prątków oraz na poziomie zmienności w DNA prątków. Uzyskane wyniki weryfikowane będą w warunkach eksperymentalnych, z wykorzystaniem prątków gruźlicy modyfikowanych genetycznie. Badania prowadzone będą we współpracy z Instytutem Biologii Medycznej PAN w Łodzi oraz z Laboratorium Biobank Uniwersytetu Łódzkiego. Instytuty te posiadają wieloletnie doświadczenie odpowiednio w generowaniu ukierunkowanych mutantów M. tuberculosis oraz w wysokoprzepustowym sekwencjonowaniu DNA. Oczekujemy, że wyniki naszych badań pozwolą na identyfikację nowych czynników sprzyjających transmisji gruźlicy i tym samym pozwolą na skuteczniejszą kontrolę tej groźnej choroby na świecie.

Kwota dofinansowania:

3 172 960,00 zł

OPIS:

Antybiotyki to związki chemiczne stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych. Odkrycie antybiotyków przez Aleksandra Fleminga zrewolucjonizowało medycynę i ocaliło miliony ludzkich żyć. W dzisiejszym świecie nie wyobrażamy już sobie świata bez antybiotyków. Na przestrzeni lat były one powszechnie administrowane zarówno ludziom jak i zwierzętom. Z biegiem lat okazało się, że to powszechne stosowanie antybiotyków ma także swoją ciemną stronę. Zorientowano się, że bakterie są w stanie wytwarzać formy oporne na działanie antybiotyków. Czynnikami sprzyjającymi pojawianiu się form lekoopornych są źle dobrane dawki antybiotyków czy przedwczesne zakończenie terapii. Dlatego też skuteczność stosowanych obecnie antybiotyków spada i koniecznym jest poszukiwanie nowych związków przeciwbakteryjnych. Jednym z najgroźniejszych patogenów bakteryjnych współczesnego świata są prątki gruźlicy. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że z powodu gruźlicy umiera co roku 1,5 mln ludzi. Liczba osób zakażona prątkami lekoopornymi szacowana jest na 600 000. Niestety, w 2015 tylko 52% ludzi zakażonych prątkami lekoopornymi udało się wyleczyć. Celem niniejszego projektu jest ocena skuteczności nowatorskiej metody optymalizacji terapii przeciwbakteryjnej opartej o charakterystyczne wzory ewolucyjne obecne w DNA bakterii. Badania zostaną przeprowadzone na modelu prątków gruźlicy, w odniesieniu do trzech białek stanowiących tarczę molekularną dla obecnie stosowanych leków przeciwprątkowych. Stawiamy hipotezę, że identyfikacja charakterystycznych wzorców ewolucyjnych może:

1) ułatwić identyfikację mutacji w DNA prowadzących do oporności na leki;

2) ułatwić identyfikację skutecznych związków przeciwbakteryjnych.

Projekt podzielony został na cztery etapy. W pierwszym etapie porównamy ze sobą tysiące bakterii i zidentyfikujemy wzorce ewolucyjne, sugerujące które fragmenty białek odpowiedzialne są za powstawanie lekooporności oraz które fragmenty białek są kluczowe dla jego funkcjonowania. W drugim etapie projektu, w wyniki modyfikacji genetycznych, uzyskamy prątki gruźlicy u których zostaną zmodyfikowane regiony białek zidentyfikowane w pierwszym etapie projektu. Etap ten ma na celu eksperymentalne potwierdzenie, że zidentyfikowane przez nas regiony białek faktycznie wpływają na funkcjonowanie bakterii. W trzecim etapie projektu wykorzystamy komputerowe metody obliczeniowe, aby zidentyfikować związki chemiczne łączące się do białek. Nowo zidentyfikowane związki miałby być aktywne przeciwko wariantom białek warunkującym lekooporność lub wiązać się do szczególnie zachowanych ewolucyjnie fragmentów białek. W ostatnim etapie projektu przetestujemy skuteczność związków zidentyfikowanych metodami komputerowymi przeciwko prątkom gruźlicy w warunkach laboratoryjnych. Uzyskane w toku tego projektu dane mogą umożliwić optymalizację terapii przeciwgruźliczej. Jeżeli oceniania tutaj metoda optymalizacji terapii przeciwbakteryjnej okaże się skuteczna, będzie ją można zastosować do innych patogenów bakteryjnych. Co więcej, uzyskane w toku niniejszego projektu dane będą mogły zostać wykorzystane w warunkach klinicznych, przy identyfikacji zakażeń lekoopornych, oraz do usprawnienia komputerowych metod obliczeniowych dotyczących oddziaływań molekularnych. Być może uda nam się zidentyfikować nowe, skuteczne związki przeciwgruźlicze.

Tytuł: Poszukiwanie genetycznych markerów lekooporności wśród mono- i wielolekoopornych szczepów Mycobacterium tuberculosis.

Narodowe Centrum Nauki (MINIATURA)

Okres realizacji: 2021-2022

Kwota dofinansowania:

48 439,00 zł

OPIS:

Gruźlica (TB), wywołana przez prątki Mycobacterium tuberculosis, jest jedną z chorób zakaźnych, która poważnie zagraża zdrowiu publicznemu. Spośród wszystkich chorób infekcyjnych gruźlica odnotowuje najwyższą śmiertelność na świecie, przewyższającą HIV/AIDS. W 2019 roku, Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zarejestrowała około 10 mln nowych zachorowań na gruźlicę oraz prawie 1.5 milionów zgonów (1). Jednym z głównych czynników wpływających na aktualną sytuację epidemiologiczną TB jest narastające zjawisko lekooporności prątków. Pojawienie się szczepów mono-lekoopornych i progresja ich lekooporności wpływa na leczenie gruźlicy, które staje się coraz trudniejsze i bardziej wymagające. Według Krajowego Rejestru Zachorowań na Gruźlicę raportującego stan sytuacji epidemiologicznej gruźlicy w Polsce, co roku wykrywanych jest ponad 100 chorych z opornością na co najmniej jeden lek przeciwprątkowy. Niepokojący jest również fakt, że z roku na rok wśród chorych z gruźlicą lekooporną obserwuje się coraz wyższy odsetek postaci wielolekoopornej, w tym gruźlicy typu MDR (multidrug resistance) z opornością na co najmniej dwa kluczowe leki stosowane w terapii gruźlicy – izoniazyd i rifampicynę oraz oporne niemal na wszystkie leki przeciwprątkowe (XDR – extensive drug resistance i TDR – total drug resistance) (2). Obecnie w wielu ośrodkach na świecie szeroko prowadzone są badania dotyczące poszukiwania molekularnych podstaw lekooporności prątków gruźlicy, a wyniki tych badań mają istotne znaczenie w dobrze odpowiedniego leczenia. Główną rolę w kształtowaniu oporności na leki przeciwprątkowe odgrywają spontaniczne mutacje w genach kodujących białka lub RNA będące często celami molekularnymi leków. Mutacje mają zwykle charakter punktowy lub niewielkich (kilku nukleotydowych) insercji czy delecji (3,4). Wśród szczepów M. tuberculosis mutacje występują z różną częstością i w różny sposób kształtują fenotyp lekooporności, co wyraża się odmiennym mianem oporności szczepu na dany lek przeciwprątkowy. Na przykład wysoki poziom oporności na rifampicynę prątków gruźlicy skorelowany jest z mutacjami w kodonach 526 oraz 531 genu rpoB, a niski z mutacjami w kodonach 511, 516, 518 i 522 (5). Celem zaplanowanych badań będzie określenie molekularnych determinantów oporności na leki przeciwprątkowe wśród mono- i wielolekoopornych szczepów M. tuberculosis. Uzyskane wyniki pozwolą jednocześnie określić poziom lekooporności badanego szczepu. Badania wielu autorów wykazują, że znajomość poziomu lekooporności wyizolowanego szczepu M. tuberculosis, szczególnie w przypadku szczepów z niskim bądź średnim mianem oporności na dany lek, może przyczynić się do całkowitego wyleczenia chorego. Znajomość miana oporności ma istotne znaczenie w trudnych przypadkach leczenia gruźlicy lekoopornej, a wiedza ta zwiększa prawdopodobieństwo wyleczenia chorego. Należy zaznaczyć, że ostatni z głównych leków przeciwprątkowych tj. rifampicyna został wprowadzony do terapii w latach 60-tych XX wieku i do chwili obecnej nie pojawił się nowy lek tzw. pierwszego wyboru. W związku z tą sytuacją określenie poziomu lekooporności dla leków głównych ma istotne znaczenie w terapii gruźlicy. W badaniach zostanie wykorzystana kolekcja szczepów prątków gruźlicy zgromadzona w Zakładzie Mikrobiologii, Instytutu Gruźlicy i Chorób Płuc. Z kolekcji zostanie wybranych 80 szczepów M. tuberculosis wyizolowanych w latach 2019-2020 od chorych na gruźlicę lekooporną. Szczepy zostaną poddane analizie molekularnej z zastosowaniem metody sekwencjonowania genów warunkujących oporność na dany lek. Poznanie molekularnych mechanizmów leżących u podstaw oporności na leki pozwoli zrozumieć genetykę i patofizjologię choroby. Wyniki uzyskane w ramach projektu pozwolą na określenie molekularnych mechanizmów tolerancji Mycobacterium na leki oraz ich wpływu na rozwój gruźlicy wielolekoopornej z niskim i wysokim mianem oporności na leki przeciwprątkowe.