Недавнее открытие указывает на потенциальный способ разрушения опасных биопленок без использования антибиотиков.
На овощах, водопроводных трубах и даже на наших зубах, скрываясь от глаз, обитают крошечные бактериальные клетки, запутанные в липкой паутине. Эти скопления микроорганизмов, известные как биопленки, обладают повышенной устойчивостью к антибиотикам и другими средствами борьбы с ними. Теперь ученые обнаружили еще один удивительный способ их выживания: они выбрасывают часть своих клеток, словно спасательные капсулы, сбрасываемые с обреченного на гибель космического корабля из научно-фантастического фильма, — об этом исследователи сообщают в этом месяце в журнале Nature Microbiology. «Это очень интересное открытие», — считает микробиолог Цзин Янь, не участвовавший в исследовании. По его словам, эта работа проливает свет на малоизученный механизм функционирования биопленок и предлагает новые гипотезы о том, как эти скопления могут рассеивать клетки.
Как и многие научные открытия, это тоже стало неожиданностью. Исследователи в течение 16 часов лишали питания обширную биопленку из бактерий Bacillus subtilis, которые широко используются в пробиотиках и сельском хозяйстве, ожидая, что она полностью распадется. Вместо этого они увидели, как клетки покидают биопленку по единому пути, словно уплывая по реке. Эти «беглецы» были не просто пассивными «снарядами». В отличие от других клеток биопленки, подвижные клетки были оснащены хвостообразным двигателем, называемым жгутиком, который позволяет им уплывать в более благоприятную среду. «Я фанат „Звёздных войн“. Если вы когда-нибудь смотрели оригинальный фильм 1977 года, то знаете, как C-3PO и R2-D2 катапультировались с корабля. Здесь всё происходит точно так же», — говорит профессор молекулярной биологии и руководитель исследования Гюрол Сюэль.
Исследователи обнаружили, что после выброса этих клеток исходная биопленка не разрушилась. Если бы условия вновь стали более благоприятными, сообщество могло бы возобновить рост. «Таким образом вы страхуете себя, ведь остальные клетки никуда не уходят, — объясняет Сюэль. — Они по-прежнему держат оборону». Исследователи также выяснили, как работает механизм выталкивания. Сконцентрированные в центре биопленки подвижные клетки могут выделять ферменты, которые производят клейкий «гидрогель», известный как полиглутаминовая кислота, способный поглощать воду в 1000 раз больше своего веса. По мере поглощения воды гидрогель разбухает, выталкивая эти внутренние подвижные клетки наружу через внешнюю поверхность биопленки, подобно вулканической лаве, прорывающейся сквозь земную кору. Этот биологический механизм ранее наблюдался лишь однажды. Медузы используют тот же механизм для выброса своих жалящих игл.
Это открытие может иметь важные последствия для медицины. Лучше понимая, что запускает секрецию ферментов, производящих гидрогель, учёные смогут искусственно стимулировать их выделение. В ходе эксперимента Сюэль и его коллеги наблюдали за биопленкой с подвижными клетками, генетически модифицированными для сверхпродукции этих ферментов. Биопленка разлетелась на части. Это может значительно упростить уничтожение биопленок без использования антибиотиков, которые не только сопровождаются целым рядом побочных эффектов для человека, но и со временем теряют эффективность, поскольку биопленки развивают резистентность. «Это пример, когда нам не нужны антибиотики, — говорит Сюэль. — Мы можем использовать физические свойства гидрогелей для разрушения биопленок, не прибегая ни к антибиотикам, ни к агрессивным химическим веществам».
