Как бактерии выживают в условиях низкого содержания кислорода

Исследователи из ITQB NOVA в сотрудничестве с Институтом Пастера в Париже выяснили механизмы, которые позволяют патогену Clostridioides difficile, способному расти только в бескислородной среде, выживать при низком уровне кислорода. C. difficile — основная причина кишечных проблем, связанных с применением антибиотиков, вызывая, по оценкам, 124 тыс. случаев в год в ЕС со средней стоимостью лечения 5 тыс. € на пациента как прямое следствие внутрибольничного заражения. Особо патогенные разновидности C. difficile являются важной причиной инфекций с высокой распространенностью в медицинских учреждениях и будут продолжать препятствовать оптимальному применению антимикробной терапии, пока эти механизмы не будут изучены быстрее, чем эволюционируют сами организмы.

Здоровый кишечник человека в целом считается в основном лишенным кислорода, но на самом деле вдоль желудочно-кишечного тракта существуют различные уровни кислорода, что представляет проблему для анаэробных организмов микробиома человека, таких как C. difficile. У организмов, похожих на эту бактерию, было показано, что два семейства ферментов — флаводиироновые белки и рубреритрины — играют важную роль в защите от окислительного стресса.

«Мало что было известно о конкретных белках, участвующих в способности C. difficile переносить O₂, и наши исследования продемонстрировали ключевую роль флаводиироновых белков и белков рубреритринов в обеспечении C. difficile способностью расти в условиях, подобных тем, что встречаются в толстой кишке», — говорит Мигель Тейшейра, руководитель лаборатории функциональной биохимии металлоферментов.

Это открытие побудило команду ITQB NOVA вместе с лабораторией И. Мартин-Верстрате в Институте Пастера провести комплексное исследование четырех таких типов белков. Ранее было установлено, что флаводиироновый белок способен восстанавливать как кислород, так и перекись водорода, и это исследование подтвердило то же самое для двух типов белков рубреритринов. У конкретного мутантного штамма C. difficile инактивация обоих рубреритринов привела к тому, что бактерии не росли при уровне кислорода выше 0,1%, что существенно отличается от обычной устойчивости бактерий — до 0,4% O₂.

Продемонстрировав, что флаводиироновые и обратные рубреритриновые белки необходимы для способности C. difficile переносить повреждение своих клеток в присутствии кислорода, две команды исследователей сделали значительный шаг к лучшему пониманию ее механизмов устойчивости. Теперь исследователи перейдут к изучению других механизмов выживания этих бактерий.