Как и другие виды бактерий, Mycobacterium tuberculosis способна образовывать биопленки, которые позволяют бактериальным клеткам противостоять стрессовым факторам, таким как антибиотики и иммунные клетки.
Туберкулез традиционно не ассоциируется с биопленками, но биопленки M. tuberculosis связаны с лекарственной и иммунной толерантностью, и все чаще признается их вклад в рецидивирование туберкулезных инфекций. В рамках исследования, результаты которого опубликованы 21 июня в журнале eLife, группа ученых занималась экспериментальной эволюцией популяций M. tuberculosis и обнаружила, что они могут образовывать толстые биопленки благодаря мутациям в генетических локусах. Эти выводы могут помочь в разработке антибиотиков, направленных против формирования биопленок.
"ТБ остается сложной инфекцией для лечения из-за способности бактерий противостоять антибиотикам и иммунному давлению, а также приобретать новую лекарственную резистентность", - объясняет соавтор работы Мэдисон Янгблом из Университета Висконсин-Мэдисон, США. "Чтобы лучше лечить и контролировать туберкулез, нам необходимо понять механизмы устойчивости бактерии и определить ее уязвимые места. Мы хотели узнать больше о том, как она способна образовывать биопленки, обнаружив гены и генетические локусы, участвующие в формировании биопленок, а также то, как бактерии развиваются в ответ на изменения в окружающей среде".
По результатам экспериментальной эволюции ученые создали шесть близкородственных штаммов M. tuberculosis под селективным давлением, заставляя их расти в виде биопленок. Через регулярные промежутки времени они фотографировали биопленки и описывали их рост по четырем критериям: какова площадь поверхности жидкой среды, которую покрывала биопленка, ее адгезию к стенкам лабораторной посуды, толщина биопленки и непрерывность роста (по сравнению с прерывистыми участками роста).
Их эксперименты показали, что каждый штамм был способен быстро адаптироваться к давлению окружающей среды, при этом образовывалась более толстая и, следовательно, более прочная биопленка. Генетические локусы, которые мутировали в ходе эксперимента, вызывая рост биопленки, были подвержены регуляторным мутациям, таким как regX3, phoP, embR и Rv2488c. "Под селективным давлением, направленным на рост биопленки, регуляторные мутации быстро закреплялись и были связаны с изменениями множества признаков, включая производство внеклеточного матрикса, размер клеток и скорость роста", - объясняет Янгблом.
Кроме того, авторы обнаружили доказательства того, что генетический фон родительского штамма M. tuberculosis влияет на усиленный рост биопленок. Это означает, что взаимодействие между генетическими факторами может играть важную роль в адаптации M. tuberculosis к изменяющимся условиям окружающей среды.
"Бактерии склонны к росту в виде биопленок во многих ситуациях, включая инфицирование людей и других хозяев, а также во время колонизации природных и искусственных сред", - говорит Янгблом. "В медицинском контексте результаты нашей работы могут быть использованы для изучения потенциальных новых антибиотиков, способных лучше атаковать бактерии, растущие таким образом. Мы думаем, что эти методы лечения туберкулеза, скорее всего, могут быть дополнением к традиционной терапии, что поможет сократить и упростить текущие стратегии лечения".
