Как бактерии "спят" во время атаки антибиотиков

Бактерии могут выживать при лечении антибиотиками даже без устойчивости к ним, замедляя свой метаболизм и впадая в состояние глубокого "сна". Исследовательская группа, финансируемая Швейцарским национальным научным фондом (SNSF), раскрыла изменения, которые претерпевают бактерии для достижения этого состояния "персистера".

Некоторые бактерии обладают стратегией выживания: они переносят лечение, впадая в сноподобное состояние, которое позволяет им терпеть антибиотики. После завершения терапии бактерии "просыпаются" и восстанавливают инфекцию. Это состояние "персистера" может приводить к рецидивирующим и трудно поддающимся лечению инфекциям. Исследователи получили новые данные об этой популяции бактерий, прокладывая путь к эффективному лечению. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

Изучение бактерий от пациента

Команда работала с бактерией Staphylococcus aureus, которая часто вызывает инвазивные инфекции. Исследователи взяли бактерии от инфицированного пациента и культивировали их в чашках Петри. Некоторые колонии оказались меньше других. "Это говорит нам, что в образце содержатся персистирующие бактерии, — говорит Аннелис Цинкернагель, профессор инфекционных болезней. — В отличие от других бактерий, персистерам сначала нужно 'проснуться', что приводит к задержке роста на питательной среде". Обнаружение и анализ персистирующих бактерий непосредственно в образце пациента особенно ценны, так как большинство предыдущих исследований использовали бактерии, долгое время культивируемые в лаборатории.

Атлас белков персистирующих бактерий

Чтобы определить условия, при которых бактерии становятся персистерами, исследователи провели различные стресс-тесты. Факторы стресса включали наличие иммунных клеток человека, антибиотиков или кислую среду, как при абсцессах. Было обнаружено, что чем экстремальнее условия стресса, тем выше процент персистирующих бактерий.

Используя недавно выделенные от пациентов бактерии, команда также проанализировала, как работают механизмы персистенции, изучив весь набор бактериальных белков — протеом. Анализ показал, что произошло всестороннее молекулярное перепрограммирование, которое замедлило метаболизм у персистеров. Однако он не остановился полностью, а бактерии скорее впали в глубокий сон. Таким образом, бактерии увеличили свои шансы на выживание во враждебной среде. Исследователи также наблюдали, что как только среда становится более благоприятной, персистирующие бактерии отменяют эти изменения и снова становятся инфекционными.

"Идея о том, что бактерии не останавливают, а замедляют и меняют свой метаболизм, не совсем нова, но все еще спорна, — отмечает Цинкернагель. — Наше исследование подтверждает эту идею с большой точностью". Данная работа в основном изучала именно персистирующие бактерии, в то время как предыдущие эксперименты основывались на смешанных популяциях, и результаты могли быть искажены другими бактериями, обычно составляющими большинство.

Новые методы лечения на горизонте

Лучшее понимание этих механизмов будет способствовать разработке новых методов лечения против персистирующих бактерий. Исследователи также показали, что производные витамина A, воздействующие на клеточную мембрану, демонстрируют многообещающий потенциал для борьбы с менее метаболически активными бактериями. Альтернативно, как говорит Цинкернагель, "если нам удастся реактивировать рост этих бактерий, они, вероятно, больше не смогут уклоняться от антибиотиков".

Борьба с персистирующими бактериями также важна в борьбе с резистентностью, потому что рецидивирующие инфекции приходится лечить антибиотиками в течение длительного времени. Это постоянное воздействие увеличивает риск развития устойчивости к антибиотикам.