Фенотипические вариации между отдельными микробными клетками играют ключевую роль в резистентности микробных патогенов к фармакотерапии.
Тем не менее, мало что известно об индивидуальных различиях клеток в накоплении антибиотиков. Недавно ученые продемонстрировали, как некоторые быстрорастущие бактерии могут противостоять антибиотикам, говорится в исследовании, опубликованном 7 июня в журнале eLife.
Результаты показывают, что быстрорастущие бактерии в колониях демонстрируют значительно более высокую экспрессию активных рибосом. Это помогает бактериям избежать накопления важного класса антибиотиков - макролидов, и, следовательно, противостоять терапии. Полученные результаты могут быть использованы для разработки улучшенных антибиотиков, направленных против этой стратегии выживания.
Чтобы антибиотик был эффективен в борьбе с инфекцией, он должен достичь своей клеточной мишени в концентрации, достаточной для подавления роста бактерий. "Резистентность к антибиотикам продолжает угрожать эффективности существующих методов лечения. Нам необходимо понять, как отдельные бактерии в колонии могут препятствовать проникновению антибиотиков в их клетки, чтобы мы могли использовать этот механизм в новых методах лечения", - говорит Урсула Лапиньска из Университета Эксетера, Великобритания.
"Большинство существующих данных о проницаемости лекарственных препаратов в бактериях было получено в результате измерений, которые либо представляют собой средний результат из большой популяции, либо получены на небольшом количестве бактерий. Это означает, что мало что известно об индивидуальных вариациях накопления препаратов в отдельных клетках бактериальной колонии".
Чтобы устранить этот пробел, Лапиньска и ее коллеги начали с гипотезы о том, что фенотипическая диверсификация может быть обусловлена фундаментальными межклеточными различиями в скорости транспорта лекарств. Чтобы проверить это, команда использовала методы микрофлюидной микроскопии наиболее известных патогенов, таких как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia и Staphylococcus aureus, и флуоресцентные зонды.
Этот подход позволил экспериментаторам изучить взаимодействие между антибиотиками и множеством живых, отдельных бактерий в режиме реального времени, в момент воздействия препарата. Объединив этот подход с методами математического моделирования, авторы получили данные, которые они могли использовать для быстрого и эффективного выявления отдельных бактерий, резистентных к антибиотикам.
Их анализ показал, что быстрорастущие особи в колонии избегают накопления макролидов в своих клетках - открытие, которое противоречит существующему мнению о том, что клеточная спячка и медленный метаболизм лежат в основе выживания бактерий под действием антибиотиков. Это избегание стало возможным благодаря значительно большему количеству рибосом, по сравнению с медленно растущими особями. Рибосомы обеспечивают важнейшие клеточные процессы, включая эффлюкс - систему, которая выкачивает из клетки токсичные вещества, такие как противомикробные соединения.
Используя эти новые данные, исследователи показали, что химические манипуляции с внешней мембраной бактериальных клеток позволяют уничтожить быстрорастущие варианты, которые демонстрируют низкий уровень накопления макролидов, тем самым помогая борьбе с резистентностью к антибиотикам.
"Эта работа раскрывает до сих пор не обнаруженную стратегию выживания некоторых членов бактериальных колоний", - заключает Лапиньска. "Эти принесет непосредственную пользу микробиологам и клиницистам, которые работают над созданием более эффективных антибиотикотерапий. В долгосрочной перспективе мы надеемся, что использование нашего нового подхода в клинических условиях позволит разработать более совершенные лекарства".
