В продолжающейся борьбе с бактериями, устойчивыми к антибиотикам, исследователи из Мичиганского государственного университета совершили открытие, которое может изменить подход к борьбе с такими опасными патогенами, как стафилококковые инфекции.
Стафилококк (Staphylococcus aureus), широко известный как стафилококк, представляет собой группу бактерий, часто обнаруживаемых на коже и в носу здоровых людей. Хотя многие виды стафилококка безвредны, некоторые могут вызывать серьёзные инфекции. Особенно опасен штамм MRSA (метициллин-резистентный золотистый стафилококк), устойчивый ко многим широко используемым антибиотикам. Инфекции MRSA и другими видами стафилококка могут варьироваться от лёгких кожных заболеваний до опасных для жизни инфекций крови.
Новое исследование
Новое исследование, проведённое под руководством аспиранта кафедры микробиологии, генетики и иммунологии (MGI) Троя Бертчетта, показывает, что эта бактерия обладает удивительным уровнем метаболической избыточности, позволяющим ей выживать даже при отключении ключевых ферментов. Однако, когда из бактерии удаляются два конкретных фермента, она не так легко заражает хозяина. Это открытие может привести к разработке совершенно новых классов антибиотиков.
Исследование, недавно опубликованное в журнале mBio, посвящено классу молекул, называемых изопреноидами, которые необходимы для выживания бактерий. Эти молекулы участвуют во всём: от производства пигментов до дыхания и синтеза клеточной стенки.
Традиционно считалось, что фермент IspA несёт единоличную ответственность за производство одного из строительных блоков изопреноидов — короткоцепочечных изопреноидов. Но когда исследователи создали мутантов стафилококка без гена ispA, кодирующего IspA, бактерии продолжали выживать. Это неожиданный результат, который положил начало более глубокому исследованию.
«Как вообще возможна мутация в ispA? Как клетка может это переносить?» — задался вопросом Бертчетт. «Это действительно стало отправной точкой для этого проекта. Это было просто базовое научное исследование».
Бертчетт работает в лаборатории доцента MGI Нила Хаммера. Вместе они предположили, что другой фермент может компенсировать потерю IspA. Они обратили внимание на HepT, ещё один фермент, присутствующий у стафилококка и относящийся к тому же классу, что и IspA, и обнаружили, что он участвует в ранее не распознанных путях, включая синтез молекулы, необходимой для дыхания.
С учётом этой новой информации они пришли к выводу, что HepT, должно быть, компенсирует потерю IspA, производя короткоцепочечные изопреноиды.
Чтобы проверить свою теорию, Бертчетт, Хаммер и аспирантка MGI Джессика Лисне создали двойного мутанта, лишённого как ispA, так и hepT, гена, кодирующего соответствующий фермент HepT. Учёные обнаружили, что бактерии всё ещё жизнеспособны, что говорит о существовании третьего, неопознанного фермента, который компенсирует потерю двух других.
«Один из выводов заключается в том, что в синтезе изопреноидов у S. aureus существует невероятный уровень избыточности», — сказал Бертчетт. «Это никогда не было продемонстрировано ранее».
Эта избыточность может быть широко распространённым явлением. Пути синтеза изопреноидов высоко консервативны у различных видов бактерий, что означает, что результаты могут быть применимы к другим патогенам, таким как кишечная палочка и синегнойная палочка.
Значение для разработки антибиотиков
Последствия для разработки антибиотиков значительны. Устойчивость к антибиотикам растёт, и это становится всё более серьёзной проблемой, поскольку микробы находят способы противостоять существующим антибиотикам. Устойчивость к одному препарату может привести к устойчивости к другим препаратам того же класса.
Выявляя новые, ранее не нацеленные метаболические пути, исследователи надеются разработать препараты, против которых бактерии ещё не выработали защиты. «Если это что-то новое, то, вероятно, к нему ещё не существует устойчивости», — сказал Бертчетт. «Это может быть сложнее для получения устойчивости, и вы сможете получить больше пользы от этого антибиотика».
В будущем команда надеется, что их открытия вдохновят на дальнейшие исследования и разработки в области лекарств. «Выводы доктора Бертчетта открывают новые области исследований, наиболее актуальной из которых является идентификация третьего фермента, участвующего в синтезе короткоцепочечных изопреноидов», — сказал Хаммер. «Идентификация этого фермента предоставит новые мишени для терапевтического вмешательства».