Бактериальные «Звезды Смерти» можно обмануть, заставив уничтожить самих себя

Исследователи обнаружили сеть каналов внутри бактериальных сообществ, которые можно использовать для более быстрого уничтожения бактерий, «обманув» их и заставив транспортировать лекарства.

Эти сообщества — биоплёнки — участвуют в до 80% устойчивых инфекций человека, и их трудно уничтожить антибиотиками.

Учёные из Университета Стратклайда обнаружили, что когда бактерия E. coli живёт в виде биоплёнки, она формирует каналы для транспортировки питательных веществ по своему сообществу.

Было установлено, что эти каналы, предназначенные для доставки питательных веществ, также можно использовать для разработки новых методов доставки лекарств, чтобы разрушить «крепости» биоплёнок и убить бактерии внутри них.

Доктор Лиам Руни, ведущий автор статьи в International Society of Microbial Ecology Journal (Nature), пояснил: «Мы обнаружили сеть каналов для транспорта питательных веществ, которые формируются, когда бактерии растут большими сообществами. Этим можно воспользоваться, чтобы обмануть бактерии и заставить их транспортировать через каналы лекарства вместо пищи, убивая их быстрее».

Он добавил: «Это как бактериальная Звезда Смерти: биоплёнки можно взорвать изнутри, нацелившись на систему каналов лекарствами. Структура крупных бактериальных сообществ сложна и плохо изучена, но открытие этих каналов в биоплёнках E. coli важно, потому что показывает, как бактерии в биоплёнках перемещают питательные вещества. Мы можем использовать эти знания для разработки лучших лекарств и стратегий лечения».

Двухлетнее исследование, финансируемое Medical Research Council и Natural Environment Research Council, использовало продвинутый световой микроскоп Mesolens. Он позволил визуализировать, как миллиарды отдельных бактерий выстраиваются, формируя сложные многомиллиметровые сообщества.

Доктор Руни отметил: «С помощью Mesolens мы смогли пролить свет на архитектуру биоплёнок и визуализировать их как никогда раньше. Наше исследование не только помогает понять, как бактерии формируют крупные структуры, но и показывает, как их роль в транспорте можно использовать для снижения бремени биоплёнок в клинике».

Защитные оболочки

Биоплёнки действуют как защитные оболочки, отталкивающие потенциальные методы лечения. Они наиболее опасны, когда формируются во время инфекций или на швах, катетерах и вентиляторах, повышая риск развития инфекции у пациента.

Доктор Руни заявил, что открытие может «революционизировать» лечение инфекций: «Каналы забирают питательные вещества снизу и транспортируют их через биоплёнку, в то время как традиционное лечение антибиотиками идёт сверху».

«Эти биоплёнки похожи на купола. Обычно мы пытаемся удалить их, нанося антибиотики на поверхность, но проблема в том, что антибиотики плохо проникают внутрь. Это приводит к персистенции инфекции и развитию антимикробной резистентности. Поскольку мы нашли секретный маршрут в биоплёнку снизу, мы потенциально можем доставить лекарства под купол, чтобы убить бактерии быстрее и эффективнее».

Он добавил, что это может снизить вероятность рецидива инфекции и революционизировать методы лечения, так как есть потенциал для разработки способов доступа к каналам путём иного способа доставки лекарств.

Муковисцидоз

Биоплёнки также являются серьёзной проблемой для пациентов с муковисцидозом, так как они буквально забивают лёгкие, что может усугубить состояние.

Следующие шаги команды — понять формирование и условия, в которых образуются эти структуры.

Соавтор работы, профессор Гейл Макконнелл из Стратклайда, сказала: «Это может изменить подход фармацевтических компаний к стратегиям лечения. Долгосрочные преимущества для общества огромны. Некоторые предположения о формировании этих биоплёнок, как мы показали, ошибочны, и мы надеемся, что это приведёт к большим переменам».