Рецидивирующие бактериальные инфекции могут быть вызваны различными типами дремлющих бактерий, включая персистирующие и жизнеспособные, но некультивируемые клетки.
Несмотря на его клиническое значение, мы знаем довольно мало о развитии и восстановлении бактериального покоя. Исследователи из Центра микробиологии Института биотехнологий (Бельгия) выявили механизм агрегации белков, который позволяет бактериям переходить в состояние покоя - явление, связанное с персистенцией инфекций и возникновением устойчивости к антибиотикам. Их статья опубликована в журнале Nature Communications.
Поскольку резистентность к антибиотикам продолжает расти во всем мире, понимание того, как бактерии могут избегать воздействия антибиотиков, становится как никогда важным. Некоторые бактерии могут переходить в спящее состояние, в котором они не восприимчивы к антибиотикам. Дремлющие бактерии, включая персистирующие клетки и жизнеспособные, но некультивируемые клетки (VBNC), выживают при воздействии антибиотиков и впоследствии могут «реактивироваться», что приводит к повторным инфекциям. Одной из бактерий, способных на такой трюк, является Escherichia coli, часто ассоциирующаяся с различными инфекциями у людей.
Под руководством профессора Лизелот Девахтер исследователи изучили связь между агрегацией белков и спящим состоянием бактерий. «Мы обнаружили, - рассказывает Девахтер, что когда мы подвергаем бактерии стрессу, белки, участвующие в их энергетическом метаболизме, начинают конденсироваться, то есть слипаться в гелеобразные капли. Со временем эти капли застывают, что может защитить бактерии и помочь им выжить. Этот фазовый переход из жидкого состояния в твердое препятствует растворению агрегатов, тем самым предотвращая возобновление роста. Интересно, что хотя агрегация белков ранее ассоциировалась с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, наши результаты показывают, что белковые агрегаты могут приносить пользу клеткам, способствуя их выживанию в стрессовых условиях, например, во время воздействия антибиотиков».
Авторы показывают, что эти два процесса - бактериальная спячка и конденсация белков - тесно связаны между собой. Конденсация, объединяя несколько белков, участвующих в метаболизме, эффективно останавливает производство энергии бактериями.
Схема, описывающая, как агрегация белков вызывает различные состояния покоя. Иллюстрация: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56387-8
«Мы обнаружили, что сроки конденсации белков и спячки тесно связаны у разных штаммов E. coli. Это говорит о том, что данный процесс является консервативным и потенциально может стать терапевтической мишенью для будущих методов лечения», - поясняет Девахтер. Важно, что авторы исследования также обнаружили, что спящие клетки кишечной палочки могут восстанавливаться и расти, растворяя эти белковые агрегаты. Шаперонный белок DnaK может буквально вытягивать белки из конденсатов и возобновлять метаболизм бактерий.
«Существуют различные состояния покоя», - добавляет Девахтер. «Наши данные подтверждают модель, в которой переход из состояния персистера в состояние VBNC осуществляется благодаря структуре агрегатов, а не клеточной активности. Сначала бактерии переходят в состояние персистера, когда метаболизм замедляется, а связанные с энергией белки начинают образовывать конденсаты, но они все еще проявляют некоторую активность, что напоминает состояние сна. Однако если стресс длится долго, белковые капли застывают и бактерии переходят в состояние VBNC. В этом состоянии метаболизм снижается еще больше и бактериям требуется больше времени, чтобы снова стать активными. Нарушив процессы, приводящие к спячке, мы сможем повысить эффективность существующих антибиотиков и снизить частоту возникновения резистентных инфекций. Это особенно актуально в условиях растущей устойчивости к антибиотикам, которая представляет собой значительную угрозу для здоровья населения».
