„Cercetăm trecutul, pentru a proteja viitorul”. Interviu cu cercetătoarea din România care a descoperit în Apuseni o bacterie veche de 5000 de ani

„Rezistența la antibiotice reprezintă un mecanism de supraviețuire al microorganismelor, dezvoltat în mod natural pentru a face față competiției cu alte microorganisme din mediul înconjurător”, explică, pentru publicul HotNews, cercetătoarea Cristina Purcărea care este miza descoperirii pe care a făcut-o, împreună cu echipa sa, în Munții Apuseni, în peștera Scărișoara. Este vorba despre o bacterie veche de aproximativ 5000 de ani care este rezistentă la zece antibiotice utilizate astăzi în practica medicală.

• Descoperirea, care a fost relatată de CNN și detaliată științific într-un studiu publicat în Frontiers in Microbiology, aparține unei echipe coordonate de Cristina Purcărea, cercetător senior la departamentul de microbiologie al Institutului de Biologie Bucureşti al Academiei Române şi autor principal al studiului.
• „Echipa din România a descoperit că acest microb avea rezistență la 10 antibiotice sintetice relativ avansate și acest lucru este, în sine, interesant”, a declarat Matthew Holland, cercetător specializat în chimie medicinală la University of Oxford, citat de CNN.
• „Aceste cercetări deschid perspective pentru descoperirea de noi molecule cu potențial în industria farmaceutică”, a declarat Cristina Purcărea pentru HotNews.

În adâncul Peșterii Scărișoara din Munții Apuseni, acolo unde există unul dintre cele mai vechi blocuri subterane de gheață din lume, o echipă de cercetători români a făcut o descoperire nu este doar spectaculoasă prin vechimea microorganismului, ci și tulburătoare prin implicații. Rezistența la antibiotice – considerată una dintre cele mai mari amenințări globale pentru sănătate – este, de fapt, mult mai veche decât medicina modernă, după cum explică Cristina Ligia Purcărea, coordonatoarea cercetării.

O carieră între temperaturi extreme

Cristina-Ligia Purcărea este una dintre figurile de referință ale microbiologiei românești contemporane. Cercetător ştiinţific gradul I la Institutul de Biologie București, ea conduce Laboratorul de Microbiologie Moleculară și Biochimie a Extremofilelor și coordonează proiecte dedicate microorganismelor din medii extreme – de la izvoare hidrotermale submarine până la ghețari polari și gheață subterană milenară.

Biochimista și-a obținut doctoratul în enzimologie la Universitatea Paris Sud, în 1995, iar de peste trei decenii activează în cercetare științifică, cu peste 50 de articole publicate în reviste internaționale și numeroase proiecte naționale și europene coordonate sau câștigate prin competiție. A participat la expediții științifice în Antarctica și a dezvoltat colaborări extinse cu echipe din Europa și America de Sud.

Interesul pentru medii extreme a fost o evoluție firească a traseului său științific, spune cercetătoarea.

„Totul a început cu un microorganism hipertermofil provenind dintr-un izvor hidrotermal submarin din Oceanul Pacific, ale cărui enzime stabile la temperaturi de peste 90 grade Celsius le-am studiat în timpul doctoratului. Ulterior, interesul meu s-a extins către adaptarea la temperaturi scăzute a lumii microbiene din ghețurile peșterilor și ghețarii polari, urmărind diversitatea acestor comunități, mecanismele lor de supraviețuire și activitatea în gheața veche de mii de ani, modul în care răspund la schimbările climatice și proprietățile unice ale moleculelor pe care le produc”, povestește Cristina Purcărea.

Tot ea adaugă că studii recente arată că mediile extreme, precum regiunile polare, peșterile de gheață și ghețarii alpini, sunt rezervoare importante de comunități microbiene care pot produce biomolecule speciale cu structuri și activități unice, inclusiv agenți antimicrobieni eficienți împotriva unei varietăți de agenți patogeni. 

Printre cercetările sale asupra microorganismelor din medii extreme se numără „identificarea unor enzime ancestrale, implicate în sinteza ADN într-o bacterie hipertermofilă provenind din surse vulcanice adaptată la temperaturi în jur de 100°C”, spune Cristina Purcărea. 

„O cercetare de pionierat”. Cum extragi trecutul fără să-l alterezi

Operațiunea de forare a blocului de gheață din Sala Mare a peșterii Scărișoara a fost una dintre cele mai delicate etape ale proiectului și o operațiune tehnică complexă. 

„Carota de gheață cu o lungime de 25 de metri a fost extrasa din Sala Mare a peșterii Scărișoara prin forare verticală în blocul de gheață, utilizând un carotier electric special proiectat pentru această intervenție. 

Pe tot parcursul prelevării s-a acordat o atenție strictă menținerii condițiilor aseptice: echipamentele au fost flambate, iar probele au fost colectate în recipiente sterilizate, pentru a preveni orice risc de contaminare. Fragmentele de gheață au fost ulterior transportate în containere speciale care au asigurat menținerea lor în stare congelată pana la laboratorul Institutului de Biologie București”, povestește doamna Purcărea despre întregul proces de extracție. 

Vârsta gheții, și implicit a bacteriei, a fost stabilită prin datare radiometrică cu Carbon 14, această etapă fiind efectuată de colaboratorii de la Institutul de Speologie Emil Racoviță, sub coordonarea doctorului Aurel Perșoiu, partener în proiectul privind acest studiu. 

„Este o cercetare de pionierat pe care am inițiat-o în urmă cu mai bine de un deceniu, când am început explorarea microorganismelor din peșterile de gheață, în special din Peștera Ghețarul Scărișoara, care adăpostește unul dintre cele mai vechi bloc de gheață subterană din lume. În acest scop, am coordonat un proiect național și unul internațional dedicat studierii acestor ecosisteme unice”, povestește cercetătoarea. 

Echipa a reunit, în primul rând, microbiologi specializați atât în microbiologie clasică, cât și moleculară, alături de bioinformaticieni și experți în speologie și glaciologie.

Cristina Purcărea spune că cele mai mari provocări au fost în primul rând legate de colectarea probelor, începând cu proiectarea și realizarea unui carotier special pentru gheață. 

„La acestea s-au adăugat deplasările repetate ale echipei în peșteră, desfășurate pe parcursul mai multor zile, în condiții de frig și efort fizic susținut, uneori periculoase pe parcursul forării”, mai amintește cercetătoarea.

„Această bacterie străveche este rezistentă la antibiotice, datorită mecanismelor evolutive”

Descoperirea unei bacterii milenare rezistente la antibiotice moderne poate părea paradoxală. Dar explicația este, în mod surprinzător, evolutivă. 

„Această bacterie străveche din gheață (Psychrobacter SC65A.3) nu este rezistentă la antibioticele moderne prin expunere directă, ci datorită mecanismelor evolutive naturale de apărare împotriva compușilor antimicrobieni, dezvoltate cu milioane de ani înainte de apariția antibioticelor clinice. 

Genele care conferă această protecție pot asigura, indirect, rezistență și față de medicamentele actuale. Studiile moleculare ale acestor microorganisme milenare din ecosisteme izolate, precum peșterile de gheață, oferă perspective valoroase asupra evoluției rezistenței antimicrobiene.”

Altfel spus, rezistența la antibiotice reprezintă un mecanism de supraviețuire al microorganismelor, dezvoltat în mod natural pentru a face față competiției cu alte microorganisme din mediul înconjurător și care a evoluat de-a lungul a milioane de ani. Iar acest lucru nu era până acum, până la această descoperire, cunoscut. 

Criza globală, în oglinda trecutului

Cercetătoarea spune că rezistența la antibiotice a devenit o criză globală ca urmare a utilizării extinse a antibioticelor, conducând la aproximativ 20 de milioane de decese anual, peste un milion fiind legate de rezistența antimicrobiană, conform rapoartelor Organizației Mondiale a Sănătății. 

„De aceea se impune descoperirea de noi molecule și strategii moleculare pentru combaterea acestor patogeni. În acest context, descoperirea noastră poate contribui la izolarea și identificarea de noi molecule cu acțiune împotriva acestor „super-microbi” și la înțelegerea mecanismelor care conduc la rezistența la antibioticele moderne”, adaugă dumneaei. 

Ne pot ucide bacteriile „trezite”?

O întreb dacă există un risc ca aceste bacterii „trezite” de schimbările climatice să producă epidemii sau pandemii. Răspunsul este unul liniștitor și nu prea.

„Topirea ghețarilor nu conduce automat la eliberarea în mediu a unor bacterii patogene periculoase. Cu toate acestea, ar putea contribui la amplificarea rezistenței antimicrobiene prin transmiteri moleculare între bacteriile din mediu și cele asociate omului. Rezultatele noastre indică prezența unui rezervor important de gene de rezistență în gheața veche de peșteră, care este un mediu natural dinamic în contextul topirii ghețarilor, ceea ce pune în evidența monitorizării habitatelor naturale ca surse de rezistență pentru a proteja atât populația cât și ecosistemele”.

Bacteriile din gheață, precum tulpina de Psychrobacter studiată, nu sunt adaptate să supraviețuiască la temperatura corpului uman (~37°C), nu intră în mod natural în contact cu patogenii umani pentru a permite transferul de gene, susține domna Purcărea. „Iar majoritatea lor nu dețin gene de virulență capabile să provoace boli la om”, mai adaugă ea. 

O oportunitate științifică pentru România, dar nu numai

Pentru cercetarea românească, ecoul internațional al descoperirii este o confirmare importantă. 

Cristina Purcărea mai spune că studiul microorganismelor din peșterile de gheață, ca habitate glaciare izolate, contribuie la înțelegerea evoluției funcționale a acestora, a adaptărilor lor la schimbările climatice și la identificarea de enzime stabile la temperaturi scăzute, cu aplicații biotehnologice ce permit economii de energie în procesele industriale. 

„De asemenea, aceste cercetări deschid perspective pentru descoperirea de noi molecule cu potențial în industria farmaceutică, așa cum demonstrează și prezentul studiu. În acest context, Peștera Scărișoara reprezintă un model excelent pentru cercetările microbiologice fundamentale și cu perspective aplicative”, spune Cristina Purcărea.

Cercetătoarea mai spune că enzimele unice ale acestei bacterii vor fi studiate și ar putea fi utile în biotehnologia ecologică sau în dezvoltarea de biosenzori.

 „Totodată, vrem să izolăm și să analizăm compuși antimicrobieni care ar putea duce la descoperirea unor clase complet noi de antibiotice. Practic, „cercetăm trecutul pentru a proteja viitorul”, susține Cristina Purcărea. 

Așadar, într-o epocă dominată de temeri privind super-microbii și pandemiile viitoare, bacteriile din gheața milenară a Apusenilor nu par un avertisment apocaliptic, ci o oportunitate de a avansa cunoașterea în sectorul medical și biofarmaceutic, fiind unul de interes major pentru omenire.

Ce spun alți cercetători despre descoperire

Matthew Holland, cercetător postdoctoral în chimie medicinală la University of Oxford, a declarat pentru CNN despre descoperirea de la Scărișoara: „Echipa din România a descoperit că acest anumit microb avea rezistență la 10 antibiotice sintetice relativ avansate și acest lucru este, în sine, interesant,” a spus el. „Dar ei raportează, de asemenea, că microbul secretă molecule capabile să ucidă o varietate de bacterii dăunătoare deja rezistente. Deci speranța este să putem analiza moleculele pe care le produce și să vedem dacă există posibilitatea de a crea noi antibiotice pornind de la ele.”

Într-un punct de vedere pentru El Pais, șeful Unității de Genomică a Tuberculozei de la Institutul de Biomedicină din Valencia, Iñaki Comas, care nu a fost implicat în studiu, susține că Psychrobacter SC65A.3, atunci când a fost cultivată în laborator și expusă la 20 de patogeni clinici, inhibă creșterea majorității acestora. Unele dintre ele sunt printre cele mai rezistente și temute bacterii, cum ar fi Staphylococcus aureus (Stafilococul auriu), de obicei benignă la persoanele sănătoase, dar cea mai gravă infecție nosocomială, și mai multe tulpini de Escherichia coli.