Бактерии могут передавать друг другу белки, которые вызывают у них состояние покоя, помогающее небольшой группе бактерий выжить при воздействии антибиотиков, что открывает путь к созданию более эффективных антибиотиков.
Когда антибиотики борются с бактериальными инфекциями, некоторые возбудители часто выживают. Причины, по которым одни бактерии гибнут, а их генетически идентичные сородичи выживают, долгое время оставались загадкой для ученых, но новое исследование выявило хитроумный прием, к которому прибегают микробы при воздействии антибиотиков: командная работа. Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора доказали, что при обнаружении антибиотиков бактерии с чрезвычайно высокой скоростью передают друг другу белки, что позволяет некоторым из них выжить. Результаты, опубликованные на днях в журнале Science, могут дать подсказки для разработки более эффективных антибиотиков.
Бактерии, выживающие после воздействия антибиотиков, часто приобретают гены устойчивости к антибиотикам, чтобы сохраниться, но некоторые используют иной подход. «Эти выжившие бактерии не обладают генетической устойчивостью; вместо этого они временно отключают определённые части своего метаболизма, входя в состояние, похожее на спячку, которое позволяет им пережить воздействие и впоследствии восстановиться», — объяснил микробиолог и соавтор нового исследования Кристоф Герман. «Понимание того, как образуются и сохраняются выжившие бактерии, является одной из главных задач в борьбе с персистирующими инфекциями», — добавил он.
Ранее эта же исследовательская группа выдвинула гипотезу, что у персистирующих бактерий, не обладающих явной генетической резистентностью, причиной такого явления может быть обмен белковыми молекулами между бактериями. В новом исследовании Герман и его коллеги решили поймать бактерии с поличным. «Чтобы обнаружить перенос белков, мы разработали чувствительную систему с использованием бактерии Escherichia coli», — рассказал Герман. «Мы модифицировали одну группу бактерий (доноров) так, чтобы они производили специальный фермент под названием Cre, а другую группу тех же бактерий (реципиентов) — так, чтобы они содержали генетический „переключатель“, который мог бы сработать только в том случае, если белок Cre попадет в реципиента».
С помощью этой системы исследователи отслеживали, могут ли бактерии E. coli передавать белки своим соседям. Передача происходила редко, пока бактерии не подвергались воздействию антибиотиков. В условиях воздействия антибиотиков интенсивность передачи белков увеличилась более чем в 4 000 раз. У клеток-реципиентов, получивших эти белки, наблюдались быстрые изменения в физиологии. Эти клетки снизили собственную продукцию белков и активировали гены, связанные с персистенцией, такие как ингибитор клеточного роста HipA. «Клетки-реципиенты с высокой активностью HipA с большей вероятностью поглощали везикулы, несущие белки, и выживали после воздействия антибиотиков», — сообщил Герман.
Однако воздействие антибиотиков оказало противоположное влияние на донорские клетки. Эти клетки запустили стрессовую реакцию, называемую реакцией фагового шокового белка (Psp), которая стимулировала выработку крошечных пузырькообразных структур — мембранных везикул, транспортировавших белки к реципиентным клеткам. Эти везикулы могли даже распространяться к реципиентным клеткам через жидкий супернатант, в котором культивировались донорские клетки, что свидетельствовало о том, что этот процесс не зависел от межклеточного контакта. У реципиентов HipA подавлял реакцию Psp. Эти две различные реакции, по мнению авторов, указывают на то, что воздействие антибиотиков заставляет бактерии принимать либо профиль донора, либо профиль реципиента. Реципиенты обогащаются белками, которые помогают им переходить в состояние персистенции, повышая шансы бактерий на выживание даже при обычно летальных дозах антибиотиков.
Выявление этих механизмов может помочь исследователям найти способ искоренить бактериальные персистеры после антибиотикотерапии. Одним из возможных путей является подавление активности HipA. «Когда HipA был удален, снизились как поглощение белков, так и выживаемость», — отметил Герман. Исследователи подчеркнули, что более глубокое понимание этих механизмов станет возможным только благодаря дальнейшим исследованиям экологических и эволюционных функций переноса белков между бактериями. Подобно этим назойливым микроорганизмам, ученым придется работать вместе, чтобы достичь своей цели.
