سم باکتری سیاه زخم، تسکین دهنده ی درد

مطالعات نشان می دهند که سم کشنده ی سیاه زخم انواع درد ها را در موش مهار می کند. محققان دریافتند که این سم سلول های گیرنده ی درد را هدف قرار می دهد تا سیگنال ها را تغییر دهد و درد را مسدود کند. در نتیجه ی این مطالعه سم باکتری سیاه زخم، تسکین دهنده ی درد خوبی شناخته می شود.

خب حالا داستان چیه؟

باکتری سیاه زخم، عامل ایجاد عفونت های ریوی در انسان و ضایعات پوستی ناخوشایند در دام ها و انسان ها است. از این باکتری حتی به عنوان یک سلاح وحشت انگیز نیز استفاده می شود.
اکنون نتایج یک مطالعه جدید نشان می دهد که این میکروب مخوف به طور غیرمنتظره ای مفید است. یکی از سموم باکتری سیاه زخم می تواند انواع مختلف درد را در حیوانات مهار کند. این تحقیق نشان می دهد که سم مخصوص باکتری سیاه زخم، سیگنال ها را در گیرنده های درد تغییر می دهد. در نهایت این سم هنگامی که به نورون های سیستم عصبی مرکزی و محیطی حیوانات منتقل می شود، می تواند باعث تسکین درد و آرامش شود.

این کار توسط محققان دانشکده پزشکی هاروارد و سایر محققان انجام شد و در 20 دسامبر در مجله ی Nature Neuroscience منتشر شد.

روش تحقیقاتی این تیم

این تیم بخش هایی از سم باکتری سیاه زخم را با انواع مختلف محموله های مولکولی ترکیب کردند. سپس آن را به نورون های گیرنده ی درد انتقال دادند. این تکنیک را می توان برای طراحی درمان های جدید با اثر گذاری دقیق بر روی گیرنده های درد استفاده کرد. این شیوه درمان، اثرات پاسخ التهابی سیستمیک داروهای مسکن کنونی، مانند مواد اعتیادآور را ندارد.
Isaac Chiu، محقق ارشد این مطالعه و استادیار ایمونولوژی در موسسه بلاواتنیک در دانشکده ی پزشکی هاروارد است. او گفت: «ما از یک سم باکتریایی برای رسانش مواد به نورون ها و تعدیل عملکرد آن ها استفاده کردیم. این پلتفرم مولکولی نشان دهنده ی مکانیسم جدیدی برای هدف قرار دادن نورون های گیرنده درد است.»

انواع درمان برای مهار درد

به گفته ی محققان نیاز به درمان های کنونی برای تسکین درد، هم چنان شایع است. مواد اعتیاد آور هم چنان موثر ترین داروی ضد درد هستند، اما دارای عوارض جانبی خطرناکی هستند. به ویژه توانایی آن ها در سیستم پاداش مغز که باعث اعتیاد می شود و اختلال در تنفس که می تواند کشنده باشد.

Nicole Yang، نویسنده ی اول مطالعه و همکار محقق HMS در ایمونولوژی در آزمایشگاه Chiu است. او گفت: «ما نیاز زیادی برای ایجاد درمان های غیر اعتیادآور داریم که در تسکین درد نیز موثر باشند. آزمایش ها نشان می دهند که این استراتژی، می تواند گیرنده های درد را با استفاده از این سم باکتریایی مورد هدف قرار دهد. اما محققان هشدار می دهند که در حال حاضر، این رویکرد تنها از لحاظ تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در نتیجه نیاز به آزمایش ها و تغییرات بیشتری در مطالعات حیوانی و در نهایت در انسان ها داریم.»

محققان آزمایشگاه چیو مدت هاست که روی تعامل بین میکروب ها، سیستم عصبی و سیستم ایمنی بدن مطالعه می کنند. تحقیقات قبلی چیو نشان می دهد که بعضی باکتری های بیماری زا می توانند سیگنال های نورون ها را برای تقویت درد تغییر دهند. اما تعداد کمی از مطالعات تاکنون به بررسی این موضوع پرداخته اند: آیا میکروب هایی وجود دارند که بتواند درد را به حداقل برسانند یا آن را مهار کنند؟ در نتیجه chiu و yang تصمیم گرفتند روی این موضوع تحقیق کنند.

مکانیسم اثر سم بر گیرنده های درد

محققان در این تحقیقات در تلاش بودند تا دلیل تفاوت نورون های گیرنده درد با سایر نورون های بدن را بیابند. آن ها برای شروع تحقیقات، از داده های بیان ژن استفاده کردند. نکته ی جالب توجه اینجا بود که رشته های درد دارای گیرنده هایی برای سموم باکتری سیاه زخم بودند. در حالی که سایر نورون ها فاقد گیرنده برای سم باکتری بودند. به عبارت دیگر، فیبر های درد از نظر ساختاری برای تعامل با باکتری سیاه زخم آماده بودند. این موضوع برای محققان مبهم و سوال بر انگیز بود.

درد زمانی مهار می شود که گره های ریشه پشتی نورون های حسی، به دو پروتئین تولیدی توسط باکتری سیاه زخم متصل شوند. این اتفاق زمانی رخ می دهد که آنتی ژن محافظ (PA) یکی از پروتئین های باکتریایی، به گیرنده های سلول عصبی متصل شود. این آنتی ژن سپس منافذی را برای عبور دو پروتئین دیگر باکتری، برای هدایت به داخل سلول عصبی ایجاد می کند. دو پروتئین دیگر باکتری، موسوم به فاکتور ادم (EF) و عامل کشنده (LF) هستند. PAو EF در مجموع به عنوان سم اِدِم شناخته می شوند. این تحقیقات نشان داد که سم ادم سیگنال های درون سلول های عصبی را تغییر می دهد و باعث تسکین درد می شود.

استفاده از ویژگی های تکامل میکروبی برای درمان های جدید

در طی آزمایش ها محققان دریافتند که سم سیاه زخم سیگنال های سلول های عصبی انسان ها را همانند حیوانات در آزمایشگاه تغییر می دهد. تزریق این سم به ستون فقرات پایین موش، اثرات ضد درد قوی ایجاد کرد و مانع از تحریکات مکانیکی و احساس دمای بالا در موش شد. اما نکته ی مهم اینجاست که سایر علائم حیاتی موش مانند ضربان قلب، دمای بدن و هماهنگی حرکتی تحت تاثیر قرار نگرفت. این شیوه درمان در هدف قرار گیری گیرنده های درد و مسدود سازی درد بدون پاسخ التهابی سیستمیک، بسیار دقیق است.

تزریق سم سیاه زخم به موش ها علائم درد ناشی از التهاب و درد ناشی از آسیب سلول های عصبی را نیز کاهش می دهد. درد ناشی از آسیب سلول های عصبی اغلب پس از آسیب های تروماتیک و برخی عفونت های ویروسی به وجود می آید. هم چنین این درد در  اثر عوارض دیابت و یا درمان سرطان نیز دیده می شود.

نتیجه گیری

علاوه بر این، محققان مشاهده کردند که با کاهش درد، سلول های عصبی درمان شده از نظر فیزیولوژیکی دست نخورده باقی می مانند. این نتایج نشان می دهد اثرات مهار درد به دلیل آسیب سلول های عصبی نیست. بلکه از سیگنال هایی که درون آن ها دچار تغییر می شوند، سرچشمه می گیرد.

در مرحله آخر، این تیم یک ناقل برای پروتئین های سیاه زخم طراحی کردند. از این ناقل برای انتقال سایر مواد مهار کننده درد به سلول های عصبی استفاده کردند. یکی از این مواد، سم بوتولینوم بود، یک باکتری بالقوه کشنده دیگر که می تواند سیگنال های عصبی را تغییر دهد. این رویکرد نیز، درد در موش ها را مسدود کرد. آزمایش ها نشان می دهد که این روش درمان می تواند یک سیستم انتقالی جدید برای هدف گیری درد باشد.

یانگ گفت: «ما بخش هایی از سم سیاه زخم را برداشتیم و آن را با محموله ی پروتئینی که می خواستیم به آن تحویل دهیم، ترکیب کردیم. در آینده می توانیم انواع مختلفی از پروتئین ها را برای انجام درمان های هدفمند در نظر گیریم.»

دانشمندان هشدار می دهند که با پیشرفت کار، ایمنی درمان با کمک سم باید به دقت بررسی شود. زیرا پروتئین سیاه زخم در ایجاد اختلال در یکپارچگی سد خونی مغزی در طول عفونت نقش  دارد.

چرا یک میکروب درد را خاموش می کند؟

چیو احتمال می دهد که میکروب ها راه هایی برای تعامل با میزبان خود به منظور تسهیل گسترش و بقای خود ایجاد کرده اند. در مورد سیاه زخم، این مکانیسم تطبیقی ممکن است به علت تغییر سیگنال ها باشد. تغییر سیگنال ها احساس درد و در نتیجه حضور میکروب را مسدود می کند. این فرضیه می تواند به توضیح این که چرا ضایعات پوستی که گاهی باکتری سیاه زخم ایجاد می کند بدون درد هستند، کمک کند. نتایج هم چنین به راه های جدیدی برای توسعه این دارو فراتر از درمان های سنتی با مولکول های داخل آزمایشگاه ها اشاره می کند.

منبع:

Nicole J. Yang, Jörg Isensee, Dylan V. Neel, Andreza U. Quadros, Han-Xiong Bear Zhang, Justas Lauzadis, Sai Man Liu, Stephanie Shiers, Andreea Belu, Shilpa Palan, Sandra Marlin, Jacquie Maignel, Angela Kennedy-Curran, Victoria S. Tong, Mahtab Moayeri, Pascal Röderer, Anja Nitzsche, Mike Lu, Bradley L. Pentelute, Oliver Brüstle, Vineeta Tripathi, Keith A. Foster, Theodore J. Price, R. John Collier, Stephen H. Leppla, Michelino Puopolo, Bruce P. Bean, Thiago M. Cunha, Tim Hucho, Isaac M. Chiu. Anthrax toxins regulate pain signaling and can deliver molecular cargoes into ANTXR2+ DRG sensory neurons. Nature Neuroscience, 2021; DOI: 10.1038/s41593-021-00973-8

مترجم: مهسا صیدی | ویراستار و تولید محتوا: نفیسه مظفری

بیشتر بخوانید: تسکین درد بدون عوارض جانبی