Magdalena Kulma

Magdalena Kulma – pogromczyni toksyn

Gangrena, zwana też zgorzelą gazową, wcale nie jest chorobą, która odeszła do lamusa. Wywołujące ją bakterie, Clostridium perfringens, bytują w brudnych wodach i w glebie, a po przedostaniu się do organizmu, np. wskutek skaleczenia, błyskawicznie powodują martwicę tkanek. To robota wydzielanych przez bakterie toksyn. Poznanie mechanizmu działania jednej z nich, perfringolizyny, a następnie opracowanie antidotum na nią jest celem badań dr Magdaleny Kulmy z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, zdobywczyni I nagrody jury oraz nagrody publiczności w konkursie INTER 2014.

„Podjęłam się próby „rozbrojenia” niezwykle groźnego dla zdrowia człowieka białka produkowanego przez bakterię zgorzeli gazowej. Bardzo często nie zdajemy sobie sprawy, jak niebezpieczne dla zdrowia może okazać się głębokie skaleczenie zanieczyszczone ziemią lub brudną wodą. W takich warunkach może dojść do zakażenia bakterią Clostridium perfringens. Produkowane przez nią toksyny niszczą napotkane komórki i tkanki w tempie kilku centymetrów na godzinę, prowadząc do obumierania zainfekowanej części ciała. Objawy zakażenia są widoczne dopiero po kilku dniach, dlatego zbagatelizowanie głębokiego zranienia może być tragiczne w skutkach. Późno leczona infekcja prowadzi do rozległej martwicy, której leczenie polega na usunięciu zainfekowanych tkanek, a nieraz na amputacji kończyny. Jedną z najgroźniejszych toksyn wydzielanych przez Clostridium perfringens jest perfringolizyna. Wiąże się ona z cholesterolem znajdującym się błonie komórkowej zainfekowanych komórek, tworząc toksyczny kompleks złożony z kilkudziesięciu cząsteczek toksyny. Kompleks ten wnika w głąb błony, co powoduje powstanie kanału, a w konsekwencji śmierć komórki. Moim pierwszym celem było określenie, które rejony w cząsteczce perfringolizyny odpowiadają za oddziaływania z cząsteczkami sąsiadującymi i tworzenie śmiertelnych dla komórki dziur w jej błonie komórkowej. Docelowo, zamierzamy zaprojektować związek, który specyficznie zwiąże się z wytypowanym przez nas rejonem toksyny i zahamuje formowanie się toksycznych kompleksów” – mówi dr Magdalena Kulma.

W badaniach nad perfringolizyną uczestniczą także naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej oraz z Instytutu Fizyki PAN. Dzięki połączeniu sił biologów, biochemików i fizyków możliwe stało się zajrzenie wewnątrz cząsteczki toksyny i zidentyfikowanie rejonów, które odpowiadają za toksyczność. Ostatni etap pracy będzie wymagał zaangażowania bioinformatyków, którzy dzięki modelowaniu komputerowemu zaprojektują związek chemiczny blokujący łączenie cząsteczek perfringolizyny w toksyczny kompleks. W ten sposób, mimo obecności w organizmie bakterii Clostridium perfringens oraz produkowanej przez nią toksyny, nie dojdzie do dziurawienia błon komórkowych. „Spodziewam się, że uzyskane wyniki zapoczątkują badania nad lekiem lub szczepionką przeciwko zgorzeli gazowej. Ale to nie koniec profitów. Zaplanowany w projekcie schemat badawczy, wykorzystujący szerokie spektrum metod z zakresu inżynierii genetycznej, biochemii, biologii komórki, mikroskopii, bioinformatyki oraz badań strukturalnych, może otworzyć drogę dla opracowywania nowych terapii skierowanych przeciwko chorobom wywołanym przez toksyczne kompleksy białkowe. Należy do nich np. choroba Alzheimera” – wyjaśnia dr Magdalena Kulma.