Спонтанные мутации ДНК происходят во всех живых клетках, в том числе и в клетках бактерий.
Рибосомы являются основной мишенью для антибиотиков природного происхождения. Исследования выявили спонтанное возникновение мутаций рибосом у бактерий, которые придают им резистентность к антибиотикам. Например, у Bacillus subtilis спонтанно возникающий вариант рибосомы L22 обеспечивает резистентность к эритромицину, который связывается вблизи сайта мутации. Кроме того, L22 также обеспечивает относительно умеренную устойчивость к спектиномицину. Учитывая, что такие варианты рибосом, как L22, не вытеснили рибосомы дикого типа, можно предположить, что варианты рибосом, обеспечивающие резистентность, несут физиологические издержки в отсутствие давления отбора антибиотиков. Однако до сих пор было трудно выяснить конкретные физиологические издержки, связанные с такими вариантами рибосом. Выяснение баланса физиологических затрат и выгод у бактериальных штаммов с мутантными вариантами рибосом может открыть альтернативные пути борьбы с кризисом антибиотиков.
Чтобы выжить, все клетки зависят от заряженных ионов, таких как ионы магния. Рибосомы зависят от ионов магния, поскольку этот катион металла помогает стабилизировать их структуру и функционирование. Однако молекулярное моделирование в ходе нового исследования ученых Калифорнийского университета показало, что мутантные варианты рибосом, которые придают им резистентность к антибиотикам, чрезмерно конкурируют за ионы магния с молекулами аденозинтрифосфата (АТФ), которые обеспечивают энергию для движения живых клеток. Математические модели показали, что это приводит к "перетягиванию каната" между рибосомой и АТФ за ограниченный запас магния в клетке.
Изучая вариант рибосомы L22 у Bacillus subtilis, исследователи обнаружили, что конкуренция за магний мешает L22 больше, чем обычной рибосомы дикого типа, не резистентной к антибиотикам. Таким образом, конкуренция приводит к физиологическим последствиям, связанным с устойчивостью мутантных бактерий. «В то время как мы часто думаем об антибиотикоустойчивости как об основном преимуществе бактерий для выживания, мы обнаружили, что способность справляться с ограничением магния в окружающей среде более важна для распространения бактерий», - рассказал соавтор исследования Гюроль Зюэль.
"Мы отметили, что концентрация Mg2+ в сыворотке крови человека составляет ~1 мМ. Эта относительно высокая концентрация Mg2+, возможно, объясняет, почему инфекции, передающиеся через кровь, так распространены и трудно поддаются лечению", - рассказал Зюэль. Кроме того, Mg2+ играет важнейшую роль в клеточной стенке бактерий, биосинтез которой ингибируется основным классом бета-лактамных антибиотиков. Таким образом, выяснение возможных Mg2+-зависимых механизмов у мутантов, устойчивых к бета-лактамам, может оказаться полезным для углубления нашего понимания лекарственной устойчивости и приспособленности бактерий.
"Мы надеемся, что наша работа поможет выявить условия, препятствующие развитию устойчивых к антибиотикам штаммов, не требуя разработки новых антибиотиков. Возможно, удастся найти подходы к ограничению распространенности или устойчивости бактериальных штаммов с антибиотикорезистентностью путем воздействия на внутриклеточный уровень Mg2+. Такие альтернативные способы контроля заслуживают внимания, учитывая, что спонтанно возникающие антибиотикорезистентные бактерии способствуют возникновению угрозы общественному здоровью, вызванной кризисом антибиотиков", - добавил Зюэль.
