Потрясающие изображения демонстрируют, как антибиотик пробивает броню бактерий

от

Группа исследователей под руководством учёных из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Имперского колледжа Лондона впервые показала, как жизненно важные антибиотики, называемые полимиксинами, пробивают броню вредных бактерий.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Microbiology, могут привести к созданию новых методов лечения бактериальных инфекций — это особенно актуально, учитывая, что инфекции, устойчивые к лекарствам, уже уносят жизни более миллиона человек в год.

Полимиксины были открыты более 80 лет назад и используются в качестве лечения последней инстанции при инфекциях, вызванных «грамотрицательными» бактериями. У этих бактерий есть внешний поверхностный слой, который действует как броня и препятствует проникновению некоторых антибиотиков в клетку. Известно, что полимиксины нацелены на этот внешний слой, но как они его разрушают и затем убивают бактерии, до сих пор не было понятно.

В новом исследовании научная группа показала на изображениях высокого разрешения и в ходе биохимических экспериментов, как антибиотик полимиксин B быстро вызывает образование выпуклостей и бугорков на поверхности клетки бактерии кишечной палочки (E. coli).

Эти выпуклости, которые появлялись в течение нескольких минут, затем приводили к тому, что бактерия быстро сбрасывала свою внешнюю броню. Антибиотик, по заключению исследователей, заставил клетку вырабатывать и сбрасывать свою броню. Чем больше клетка пыталась создать новую броню, тем больше она теряла ту, которую создавала, причём с такой скоростью, что оставляла бреши в своей защите, позволяя антибиотику проникнуть в клетку и убить её.

Однако команда обнаружила, что этот процесс — образование выпуклостей, быстрое производство и сброс брони, а также гибель клетки — происходит только тогда, когда клетка активна. У спящих бактерий производство брони отключено, что делает антибиотик неэффективным.

Доктор Эндрю Эдвардс из Имперского колледжа сказал: «Десятилетиями мы полагали, что антибиотики, нацеленные на бактериальную броню, способны убивать микробы в любом состоянии, независимо от того, активно они размножаются или находятся в спящем режиме. Но это не так. Запечатлевая эти невероятные изображения отдельных клеток, мы смогли показать, что этот класс антибиотиков работает только с помощью бактерии, и если клетки переходят в состояние, похожее на спячку, лекарства перестают действовать — что очень удивительно».

Профессор Барт Хугенбум из Лондонского центра нанотехнологий в UCL сказал: «Полимиксины являются важной линией защиты от грамотрицательных бактерий, которые вызывают множество смертельных инфекций, устойчивых к лекарствам. Важно, чтобы мы понимали, как они работают. Наша следующая задача — использовать эти результаты для повышения эффективности антибиотиков. Одна из стратегий может заключаться в том, чтобы сочетать лечение полимиксинами — парадоксально — с лечением, которое способствует выработке брони и/или пробуждает «спящие» бактерии, чтобы можно было уничтожить и эти клетки».

Профессор Боян Бонев из Ноттингемского университета сказал: «Совместная работа дала нам уникальное представление о физиологии и морфологии бактерий в условиях стресса, которые оставались скрытыми в течение десятилетий. Теперь мы лучше понимаем слабые места бактерий».

Клетки кишечной палочки были сфотографированы в Лондонском центре нанотехнологий в UCL. Крошечная игла шириной всего несколько нанометров была проведена по бактериальной клетке, «ощупывая» её форму для создания изображения (метод, называемый атомно-силовой микроскопией) с гораздо более высоким разрешением, чем это возможно при использовании света.

Каролина Боррелли, аспирантка Лондонского центра нанотехнологий в UCL, сказала: «Было невероятно увидеть эффект антибиотика на поверхности бактерий в режиме реального времени. Наши изображения бактерий наглядно показывают, насколько полимиксины могут нарушить бактериальную броню. Кажется, что клетка вынуждена производить «кирпичи» для своей внешней стенки с такой скоростью, что эта стена разрушается, позволяя антибиотику проникнуть внутрь».

Команда сравнила, как активные (растущие) и неактивные клетки кишечной палочки реагировали на полимиксин B в лаборатории, обнаружив, что антибиотик эффективно уничтожал активные клетки, но не убивал спящие клетки.

Они также проверили реакцию клеток кишечной палочки с доступом к сахару (источнику пищи, который пробуждает спящие клетки) и без него. Когда сахар присутствовал, антибиотик убивал ранее спящие клетки, но только после задержки в 15 минут — времени, необходимого бактериям для потребления сахара и возобновления производства своей внешней брони.

В условиях, когда антибиотик был эффективен, исследователи обнаружили, что бактерии выделяют больше брони. Они также наблюдали выпуклости на поверхности клетки. В условиях, когда антибиотик был неэффективен, антибиотик связывался с внешней мембраной, но наносил незначительный ущерб.

Доктор Эд Дуглас из Имперского колледжа сказал: «Мы наблюдали, что нарушение внешнего слоя брони бактерий происходило только тогда, когда бактерии потребляли сахар. Как только мы это узнали, мы смогли быстро понять, что происходит».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте