De la plante la șoareci și celule umane, tetraciclinele duc la disfuncții mitocondriale în organismele model.

Anna Azvolinsky
12 martie 2015

Rezultatele sugerează că utilizarea acestui sistem de control al expresiei genelor are probabil efecte confundatoare largi asupra rezultatelor experimentale din biologia moleculară. Și având în vedere că tetraciclinele reprezintă 41% din totalul antibioticelor vândute pentru a fi utilizate pe animale în Statele Unite în 2011, potrivit Administrației SUA pentru Alimente și Medicamente, acumularea de medicamente în mediu ar putea avea rezultate ecologice dăunătoare.

scară

„Acest instrument va fi acum.

Aceasta este o poveste directa si clara, a spus Cole Haynes, care studiaza disfunctia mitocondriala la Memorial Sloan Kettering Cancer Center din New York City. „Este o treabă frumoasă a autorilor care arată că tetraciclinele au într-adevăr consecințe mitocondriale [oamenii de știință] nu s-au gândit serios.”

Cu doi ani în urmă, coautorul studiului Johan Auwerx, cercetător în metabolismul energetic la École Polytechnique Fédérale din Lausanne, Elveția, și colegii săi au observat că clasa de antibiotice tetraciclină, care vizează traducerea mitocondrială, a dus la un dezechilibru între traducerea proteinelor mitocondriale și nucleare în atât viermi, cât și linii celulare de mamifere. Extindând această observație, cercetătorii au demonstrat acum că chiar și concentrații scăzute de tetracicline pot inhiba funcția mitocondrială și pot duce la modificări atât în ​​expresia proteinei mitocondriale, cât și a celor nucleare. În patru linii celulare umane utilizate în mod obișnuit, doar 1 microgram de medicament pe mililitru a dus la o scădere a respirației celulare, semnalând activitatea mitocondrială afectată. Tratamentul cu amoxicilină, un antibiotic care nu vizează sinteza proteinelor în mitocondrii, nu a dus la aceste efecte. Mai mult, datele de expresie la nivelul genomului au arătat reprimarea globală a sintezei proteinelor mitocondriale în prezența tetraciclinei doxiciclina.

La C. elegans și D. melanogaster, expunerea la doxiciclină în timpul dezvoltării a dus la întârzieri în dezvoltare, precum și la scăderea consumului de oxigen atunci când animalele au ajuns la vârsta adultă. Cu toate acestea, atât viermii tratați cu doxiciclină, cât și muștele fructelor au fost mai agili de-a lungul vieții lor, comparativ cu cei care nu au fost expuși antibioticului, au constatat Auwerx și colegii săi. Această observație a fost în concordanță cu descoperirile anterioare ale autorilor conform cărora blocarea traducerii mitocondriale poate preveni parțial o scădere a capacității fizice odată cu vârsta.

Plantele A. thaliana cultivate în medii care conțin doxiciclină au prezentat o creștere întârziată și o expresie crescută a genelor de răspuns la stres. Ficatul șoarecilor a căror apă potabilă a fost suplimentată cu doxiciclină timp de 14 zile a prezentat depozite de energie epuizate și reduceri ale respirației, precum și modificări ale expresiei genelor mitocondriale.

Că tetraciclinele inhibă traducerea proteinelor mitocondriale a fost arătat pentru prima dată în anii 1960. Dar când biologii moleculari au început să utilizeze sistemul promotor controlat de tetraciclină, s-a crezut că la concentrații mici, tetraciclinele nu ar afecta traducerea proteinelor în celulele eucariote, a spus Auwerx.

„Nu mă mir că tetraciclinele afectează starea acestor organisme”, a scris Nunnari. „Dar, din nou, sunt biolog mitocondrial. Ceea ce mă surprinde este întinderea efectelor și faptul că comunitatea științifică nu a luat în considerare efectele neobișnuite ale acestei clase de compuși în proiectarea lor experimentală. ”

„Aș face cu siguranță o pauză înainte de a utiliza sistemul de tetraciclină”, a spus Haynes.

Având în vedere rezultatele lor, cercetătorii au avertizat împotriva utilizării pe scară largă a tetraciclinei la animale din cauza repercusiunilor potențiale pentru viața plantelor vecine și sănătatea umană. Acest aspect al unor antibiotice. . . a fost trecut cu vederea ", a declarat coautorul studiului, Riekelt Houtkooper, un biolog molecular care studiază îmbătrânirea metabolică la Laboratorul de Boli Metabolice Genetice al Centrului Medical Academic din Olanda. "Există un mare interes în rezistența la antibiotice și asupra efectelor antibioticelor asupra microbiomului, dar efectele asupra mitocondriilor reprezintă un unghi cu totul nou."

„Intestinele noastre conțin de 10 ori mai multe bacterii decât celulele, dar mitocondriile sunt chiar mai abundente decât bacteriile din intestine”, a continuat Houtkooper. Avem nevoie de mai multe studii pentru a arăta modul în care mediul este afectat de antibiotice.

Nunnari a fost de acord. „Utilizarea omniprezentă a oricărei alte clase, ca și în cazul tetraciclinelor, ar trebui să ridice întotdeauna îngrijorări cu privire la consecințele mai globale”, a spus ea. „Ca oameni de știință de bază, nu ne gândim suficient la consecințele globale ale utilizării acestei clase de medicamente. Acest [studiu] va crește gradul de conștientizare. ”