Naukowcy zauważyli, że żywe komórki są w stanie wydzielać struktury przypominające „kulki” – pęcherzyki zewnątrzkomórkowe opłaszczone błoną komórkową. Z badań, które prowadzone są głównie na komórkach ssaczych, przede wszystkim ludzkich, wynika, że pęcherzyki „naładowane” są molekułami takimi jak białka, mRNA, DNA czy lipidy.

Po co komórki tworzą takie zewnętrzne struktury? – Dotychczasowe badania pokazują, że poprzez pęcherzyki komórki komunikują się między sobą. Wśród makromolekuł, znajdujących się w tych zewnątrzkomórkowych strukturach, znajdują się cząsteczki, które wysyłają sygnał do innych komórek z konkretnym komunikatem, na przykład by włączył się nowy szlak metaboliczny, czy komórki przekształciły się w inne komórki – wyjaśnia dr hab. Jolanta Mierzejewska, prof. uczelni. – Przekaz informacji między komórkami jest niezwykle istotny chociażby w rozwoju chorób nowotworowych – dodaje.

Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe produkowane są również przez komórki roślinne i mikroorganizmy, w tym te patogenne, które wykorzystują te struktury do zasiedlania organizmu ludzkiego, zwierzęcego, czy też roślin.

Z powodu zdolności przekraczania bariery międzygatunkowej, naukowcy zaczęli się zastanawiać, czy nie można byłoby poprzez pęcherzyki zewnątrzkomórkowe podawać leków.

– Wyniki badań na komórkach nowotworowych są obiecujące. Widać w nich, że można do pęcherzyków ładować substancje, czy białka, które będą hamowały rozwój nowotworu. Podobne badania trwają nad pęcherzykami bakterii probiotycznych – mówi prof. Mierzejewska.

Niezbadany obszar

Profesor Mierzejewska dostrzegła brak danych na temat pęcherzyków zewnątrzkomórkowych, produkowanych przez drożdże probiotyczne.

 – Kilkanaście lat temu pojawiły się pierwsze doniesienia naukowe na temat pęcherzyków zewnątrzkomórkowych drożdży patogennych, które w celu zasiedlenia ludzkiego organizmu, intensywnie wytwarzają pęcherzyki i to ułatwia im rozprzestrzenianie się w ludzkim ciele. Natomiast, obecnie niewiele wiemy na temat roli i działania pęcherzyków drożdży probiotycznych – wyjaśnia prof. Mierzejewska.

W formie preparatu leczniczego na rynku od lat 60-tych ubiegłego wieku dostępne są tylko drożdże Saccharomyces boulardii, które zostały wyizolowane z owoców liczi i mangostanu w Indochinach w 1923 roku przez Henriego Boularda. Tropikalny szczep drożdży z powodzeniem stosowany jest przy zwalczaniu zaburzeń żołądkowo-jelitowych.

– Brak szerszego zainteresowania drożdżami probiotycznymi może wynikać z obawy pacjentów i lekarzy przed możliwością zachorowania na drożdżycę. Jednak zdarza się to niezwykle rzadko i głównie dotyczy organizmów osłabionych, wyjałowionych – mówi prof. Mierzejewska.

Powrót do łask

Wraz z nadejściem pandemii koronawirusa i zwróceniem uwagi świata, w tym naukowego, na wirusy, zwiększyło się zainteresowanie probiotykami, które chronią nas zarówno przed bakteriami patogennymi, jak i wirusami. Zespół badaczek z Politechniki Warszawskiej i CEZAMAT-u również podjął się wyzwania, badając szczepy drożdży Saccharomyces boulardii i Kluyveromyces marxianus („drożdże kefirowe”) pod kątem prawdopodobnego wytwarzania przez nie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych.

– Nasze podejrzenia się potwierdziły i obecnie nasz zespół zajmuje się izolacją pęcherzyków produkowanych przez drożdże probiotyczne – mówi prof. Mierzejewska. –  Charakteryzujemy je, między innymi badając ich skład białkowy oraz wielkość. Uzyskane dane pozwolą nam stwierdzić, czy pęcherzyki mogą być wykorzystane w leczeniu pacjentów, chociażby przez podanie samych pęcherzyków z lekami, bez drożdży, dzięki czemu wyeliminujemy obawy przed zarażeniem się drożdżycą – dodaje.

Dzięki narzędziom pozwalającym na modyfikowanie genetyczne drożdży, po zbadania szczepów S. boulardii i K. marxianus, w tym poznaniu składu białkowego ich pęcherzyków zewnątrzkomórkowych, w przyszłości będzie można tak przeprogramować komórki drożdży, aby produkowały one ściśle określone białka i wydzielały je do pęcherzyków.

– W pęcherzykach znajdują się także cząstki mRNA. To również pod ich kątem będzie można przeprogramować odpowiednio komórki drożdży – mówi prof. Mierzejewska.

Pęcherzyki drożdżowe a nowotwory

Dzięki grantowi z konkursu BIOTECHMED-2 profesor Mierzejewska wraz ze swoim zespołem naukowym zakupiła całą serię linii komórek zdrowych i nowotworowych, które zostały wyprowadzone z jelita ludzkiego. To na nich badaczki sprawdziły, że wyizolowane z drożdży probiotycznych pęcherzyki nie są cytotoksyczne dla ludzkich komórek. Dodatkowo stwierdziły, że przy użyciu tych pęcherzyków możemy dostarczyć do komórek związek o działaniu przeciwnowotworowym.

– Za nami dopiero pierwszy rok badań. Zaczynałyśmy zupełnie od zera. To wszystko wymaga przeprowadzenia szeregu dalszych eksperymentów, ale w obecnej chwili możemy podejrzewać, że same pęcherzyki wypełnione odpowiednim lekiem mogłyby być wykorzystywane do hamowania np. rozwoju nowotworu w jelicie grubym. Jednak przed nami jeszcze dużo pracy – podsumowuje prof. Mierzejewska.

-

Projekt „Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe drożdży probiotycznych jako nośniki biologicznie aktywnych substancji” jest finansowany w ramach grantu badawczego Centrum Badawczego POB Biotechnologia i inżynieria biomedyczna programu "Inicjatywa Doskonałości - Uczelnia Badawcza", który realizowany jest na Politechnice Warszawskiej.

Skład głównego zespołu badawczego:
dr hab. Jolanta Mierzejewska, prof. uczelni, dr Małgorzata Milner-Krawczyk, mgr inż. Patrycja Kowalska,  dr inż. Karolina Drężek, dr hab. Monika Staniszewska