nauki ścisłe
Autor: Lech Trzeciak | dodano: 2012-08-09
Dlaczego chorobotwórcze bakterie nie giną w kwasie żołądkowym?

Dlaczego chorobotwórcze bakterie nie giną  w kwasie żołądkowym?

Odpowiada dr n. med. Lech Trzeciak, redaktor Świata Nauki.

Połykane  przez nas bakterie trafiają do żołądka i tam przez nawet  kilka godzin są zanurzone w kwaśnym soku trawiennym o pH  zwykle w granicach 2–3. Wysokie stężenie kationów wodorowych  H+ denaturuje wiele białek i sprzyja ich trawieniu. Jest  też zabójcze dla bakterii, co potwierdzano doświadczalnie już  od 100 lat. Dlatego przez dłuższy czas negowano możliwość  kolonizowania prawidłowego żołądka przez drobnoustroje.  Dopiero w latach osiemdziesiątych Robin Warren i Barry  Marshall dowiedli, że może tam żyć Helicobacter pylori  (za co w 2005 roku otrzymali Nagrodę Nobla).

Już wcześniej jednak było oczywiste, że niektóre bakterie  mogą przynajmniej przez jakiś czas opierać się działaniu  kwasu. Trudno byłoby bowiem inaczej wytłumaczyć obfitość  mikroflory jelitowej (jak obecnie wiadomo, obejmuje ona ponad  500 gatunków bakterii i archeonów), a tym bardziej jej  odbudowę po antybiotykoterapii. W 1969 roku McLeod wykazał  też, że skład mikroflory u ludzi niewydzielających kwasu  żołądkowego jest inny niż u pozostałych. 

Początkowo przypuszczano, że pokonanie bariery kwasowej  w żołądku to kwestia statystyczna. I rzeczywiście tak jest  w przypadku przecinkowca cholery Vibrio cholerae. Przeniesiony  do roztworu o pH zaledwie 4.5 ginie on w niemal 100%  już po 30 min, a do wywołania biegunki zwykle potrzebna jest  dawka co najmniej 0.1–1 mld bakterii. Natomiast zobojętnienie  soku żołądkowego zmniejsza dawkę chorobotwórczą o kilka  rzędów wielkości. 

Jednak badania na ochotnikach wykazały, że w przypadku  Shigella i E.coli czasem zaledwie 10 pałeczek wystarczy,  by wywołać chorobę, i to bez wcześniejszego zobojętniania  soku żołądkowego. Eksponując hodowlę jednego ze szczepów  Shigella na pH 2.5, zaobserwowano, że po 1 h nadal żyje 70%,  po 2 h – 55%, a po 5 h – prawie 10% pałeczek. Doświadczenia  takie, prowadzone właściwie od początku XX wieku, nie zawsze  jednak dawały porównywalne wyniki, nawet jeśli wykonywano  je na tych samych szczepach. 

Dopiero w 1996 roku odkryto, że główną tego przyczyną  było stosowanie różnych pożywek. Poprzez eliminację ich  składników ustalono, że Shigella i Escherichia posługują się  aż trzema systemami ochrony przed protonami. Do przeżycia  w żołądku najważniejszy jest system AR2, oparty na wymianie  glutaminy ze środowiska na produkt jej dekarboksylacji  (GABA – kwas gamma-aminomasłowy) i dodatkowo jeden  proton, czerpane z komórki. Sekunduje mu AR3, który pobiera  inny aminokwas, argininę, dekarboksyluje ją do agmatyny  i z nią wydala proton. Dekarboksylacja i wymiana nie wymagają  dostarczenia energii i dzięki temu bakteria może przez  wiele godzin przetrwać nawet w pH 2.0, o ile w środowisku  dostępne są arginina i glutamina. 

Zupełnie innym rozwiązaniem dysponuje wspomniany  Helicobacter. Wytwarza on ogromne ilości enzymu ureazy, który,  rozkładając powszechnie występujący w ustroju mocznik,  uwalnia amoniak. Ten z kolei wiąże protony i zobojętnia kwas.  Bardzo podobnym sposobem posługują się pałeczki Yersinia  oraz komensalne bakterie w jamie ustnej. Ciekawostką jest fakt,  że gdy poziom mocznika w ustroju rośnie (np. u osób z niewydolnością  nerek), wydajność zobojętniania kwasów wzrasta  i znacznie zmniejsza się nasilenie próchnicy zębów. 

Naukowcy poznają obecnie mnóstwo gatunków bakterii żyjących  w ekstremalnych środowiskach. Wiele z nich świetnie  prosperuje nawet w pH poniżej 2.0. Tak więc mechanizmy  kwasooporności bakterii są znacznie bardziej rozpowszechnione  w przyrodzie. 

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 04/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
20
W 1985 r. Microsoft zaprezentował system operacyjny Windows 1.0.
Warto przeczytać
Chwila bez biologii… nie istnieje. W nas i wokół nas kipi życie. Dlaczego by wobec tego nie poznać go bliżej, najlepiej we własnym laboratorium? By nie sięgać daleko, można zacząć od siebie.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Lech Trzeciak | dodano: 2012-08-09
Dlaczego chorobotwórcze bakterie nie giną w kwasie żołądkowym?

Dlaczego chorobotwórcze bakterie nie giną  w kwasie żołądkowym?

Odpowiada dr n. med. Lech Trzeciak, redaktor Świata Nauki.

Połykane  przez nas bakterie trafiają do żołądka i tam przez nawet  kilka godzin są zanurzone w kwaśnym soku trawiennym o pH  zwykle w granicach 2–3. Wysokie stężenie kationów wodorowych  H+ denaturuje wiele białek i sprzyja ich trawieniu. Jest  też zabójcze dla bakterii, co potwierdzano doświadczalnie już  od 100 lat. Dlatego przez dłuższy czas negowano możliwość  kolonizowania prawidłowego żołądka przez drobnoustroje.  Dopiero w latach osiemdziesiątych Robin Warren i Barry  Marshall dowiedli, że może tam żyć Helicobacter pylori  (za co w 2005 roku otrzymali Nagrodę Nobla).

Już wcześniej jednak było oczywiste, że niektóre bakterie  mogą przynajmniej przez jakiś czas opierać się działaniu  kwasu. Trudno byłoby bowiem inaczej wytłumaczyć obfitość  mikroflory jelitowej (jak obecnie wiadomo, obejmuje ona ponad  500 gatunków bakterii i archeonów), a tym bardziej jej  odbudowę po antybiotykoterapii. W 1969 roku McLeod wykazał  też, że skład mikroflory u ludzi niewydzielających kwasu  żołądkowego jest inny niż u pozostałych. 

Początkowo przypuszczano, że pokonanie bariery kwasowej  w żołądku to kwestia statystyczna. I rzeczywiście tak jest  w przypadku przecinkowca cholery Vibrio cholerae. Przeniesiony  do roztworu o pH zaledwie 4.5 ginie on w niemal 100%  już po 30 min, a do wywołania biegunki zwykle potrzebna jest  dawka co najmniej 0.1–1 mld bakterii. Natomiast zobojętnienie  soku żołądkowego zmniejsza dawkę chorobotwórczą o kilka  rzędów wielkości. 

Jednak badania na ochotnikach wykazały, że w przypadku  Shigella i E.coli czasem zaledwie 10 pałeczek wystarczy,  by wywołać chorobę, i to bez wcześniejszego zobojętniania  soku żołądkowego. Eksponując hodowlę jednego ze szczepów  Shigella na pH 2.5, zaobserwowano, że po 1 h nadal żyje 70%,  po 2 h – 55%, a po 5 h – prawie 10% pałeczek. Doświadczenia  takie, prowadzone właściwie od początku XX wieku, nie zawsze  jednak dawały porównywalne wyniki, nawet jeśli wykonywano  je na tych samych szczepach. 

Dopiero w 1996 roku odkryto, że główną tego przyczyną  było stosowanie różnych pożywek. Poprzez eliminację ich  składników ustalono, że Shigella i Escherichia posługują się  aż trzema systemami ochrony przed protonami. Do przeżycia  w żołądku najważniejszy jest system AR2, oparty na wymianie  glutaminy ze środowiska na produkt jej dekarboksylacji  (GABA – kwas gamma-aminomasłowy) i dodatkowo jeden  proton, czerpane z komórki. Sekunduje mu AR3, który pobiera  inny aminokwas, argininę, dekarboksyluje ją do agmatyny  i z nią wydala proton. Dekarboksylacja i wymiana nie wymagają  dostarczenia energii i dzięki temu bakteria może przez  wiele godzin przetrwać nawet w pH 2.0, o ile w środowisku  dostępne są arginina i glutamina. 

Zupełnie innym rozwiązaniem dysponuje wspomniany  Helicobacter. Wytwarza on ogromne ilości enzymu ureazy, który,  rozkładając powszechnie występujący w ustroju mocznik,  uwalnia amoniak. Ten z kolei wiąże protony i zobojętnia kwas.  Bardzo podobnym sposobem posługują się pałeczki Yersinia  oraz komensalne bakterie w jamie ustnej. Ciekawostką jest fakt,  że gdy poziom mocznika w ustroju rośnie (np. u osób z niewydolnością  nerek), wydajność zobojętniania kwasów wzrasta  i znacznie zmniejsza się nasilenie próchnicy zębów. 

Naukowcy poznają obecnie mnóstwo gatunków bakterii żyjących  w ekstremalnych środowiskach. Wiele z nich świetnie  prosperuje nawet w pH poniżej 2.0. Tak więc mechanizmy  kwasooporności bakterii są znacznie bardziej rozpowszechnione  w przyrodzie.