Как стафилококки защищаются от антибиотиков
Staphylococcus aureus является оппортунистическим патогеном, вызывающим широкий спектр инфекций.
В связи с быстрой эволюцией резистентности к антибиотикам, которая приводит к неудачному лечению, важно понять лежащие в ее основе механизмы. В исследовании, опубликованном в журнале Microbiology Spectrum, ученые изучали нескольких лабораторных штаммов S. aureus, устойчивых к ванкомицину (VISA). Для этого они выращивали штамм в лаборатории на питательной среде, в которую добавляли последовательно возрастающее количество ванкомицина. Стафилококки - быстро мутирующие бактерии. У изучаемого штамма отсутствовал механизм, который обычно восстанавливает эти генетические изменения. Это означает, что он особенно быстро приобретал новые свойства, в том числе те, которые связаны с повышенной резистентностью к ванкомицину. В присутствии антибиотика выживали только эти мутанты.
"Это позволило нам в течение восьми недель получить штамм, способный справляться с более чем 100-кратным увеличением концентрации антибиотика", - объясняет руководитель исследования Габриэле Бьербаум. Исследователи хотели выяснить, как штамм, получивший обозначение VC40, справляется с этой задачей.
Бактерии заключены в тонкую мембрану из липидов. Она очень тонкая, поэтому окружена клеточной стенкой, которая облегает бактерию, как чрезвычайно прочная защитная одежда. Эта стенка состоит из нескольких слоев углеводных цепочек, сшитых пептидогликанами, что придает ей прочность. Стафилококки и другие бактерии производят основные строительные блоки стенки внутри клетки, а затем переносят их наружу через мембрану. Ванкомицин задерживает их, не позволяя встраиваться в стенку. В результате клетки погибают.
"У нашего штамма бактерий стенка была намного толще, чем у обычных стафилококков", - говорит Бьербаум. "Клеточная стенка также содержит множество молекулярных цепочек, концы которых почти не сшиты. Эти несшитые участки могут связывать ванкомицин". Таким образом, клеточная стенка действует как своеобразная губка, которая впитывает антибиотик и не дает ему достичь мембраны. В то же время, связанный ванкомицин закупоривает поры этой губки и тем самым преграждает путь к мембране.
Однако за эту стратегию приходится платить: "Стенка ослабляется, поскольку становится менее сшитой", - объясняет Бьербаум. "Поэтому она легче разрушается определенными ферментами, называемыми аутолизинами". Аутолизины необходимы бактериям, например, во время размножения: они разрезают клеточную стенку во время деления клеток и обеспечивают их разделение. Даже когда клетка растет, молекулярные ножницы продолжают открывать швы защитного костюма, чтобы можно было вставить новые участки пептидогликана. Поэтому аутолизины очень важны.
Однако они представляют угрозу для бактерий с ослабленными клеточными стенками. Исследователи смогли показать, как штамм стафилококка защищается от этого для одного из самых важных аутолизинов: S. aureus VC40 модифицирует специфический компонент клеточных стенок - тейхоевые кислоты. Они играют лишь незначительную роль в нормальном сшивании и выполняют другие задачи. Штамм S. aureus VC40 связывал определенные молекулы сахаров с тейхоевыми кислотами. Это позволяет им ингибировать связывание аутолизина с клеточной стенкой. "Мы создали дочерний штамм S. aureus VC40, не связывающий эти молекулы сахаров", - говорит Бьербаум. "Это сделало его почти в 20 раз более чувствительным к ванкомицину".
"Наше исследование показывает, как мутации могут дополнять друг друга таким сложным образом, что в результате у штамма развивается выраженная резистентность", - объясняет Бьербаум. "Таким образом, оно расширяет наше понимание того, как стафилококки адаптируются к окружающей среде посредством спонтанных генетических изменений и избегают воздействия антибиотиков".
