Как кишечная палочка получает энергию для инфекций мочевыводящих путей
Женщины особенно подвержены инфекциям мочевыводящих путей (ИМП), и почти половина сталкивается с этой проблемой в течение жизни. Десятилетиями ученые пытались понять, как бактерии закрепляются в организме здоровых людей.
Исследование, опубликованное в PNAS, показывает, как бактерия Escherichia coli (E. coli) — причина большинства ИМП — использует ресурсы организма-хозяина для чрезвычайно быстрого размножения, несмотря на почти стерильную среду свежей мочи.
Ученые из лаборатории Гарри Мобли (Harry Mobley, Ph.D.) в Мичиганском университете начали с изучения мутантных штаммов, которые хуже размножались в моделях на мышах, чтобы найти гены, важные для развития инфекции. Так они определили, что критическую роль играет группа генов, контролирующих транспортные системы.
«Когда бактерии нуждаются в чем-то для роста, например, в аминокислоте, они могут получить ее двумя способами, — объяснил Мобли. — Они могут синтезировать ее сами или украсть у хозяина, используя так называемую транспортную систему».
Предыдущий скрининг экспрессии генов показал, что почти 25% бактериальных генов посвящены тактикам репликации, включая транспортные системы для специфических аминокислот, которые E. coli использует для импорта тысяч молекул в секунду.
Первый автор работы Эллисон Шиа (Allyson Shea, Ph.D.) сопоставила библиотеку транспортных белков E. coli с другими видами возбудителей ИМП. Она обнаружила, что критически важными оказались транспортеры типа ABC (ATP-binding cassette).
Используя агар из органов мочевыводящих путей мыши, она подтвердила, что ABC-транспортеры необходимы для инфекции. Многие штаммы бактерий, лишенные этих систем импорта питательных веществ, демонстрировали дефекты роста на агаре из тканей мочевого пузыря и почек.
«Похоже, бактерии делают вложения в эти энергозатратные АТФ-транспортные системы, чтобы получить более высокое сродство к нужным источникам энергии, — сказала Шиа. — Эти системы очень и очень эффективны в доставке питательных веществ внутрь клетки».
Эти открытия открывают пути для разработки новых методов лечения, что особенно важно в эпоху роста антибиотикорезистентности.
«Если ингибировать эти транспортные системы, возможно, удастся подавить быстрое размножение этих бактерий», — отметил Мобли.
Шиа уточняет, что сделать это будет непросто, так как у бактерий есть множество резервных систем для этого важного класса транспортеров.
«Прелесть этого семейства, связывающего АТФ, в том, что у всех его членов есть субъединица, связывающая АТФ, которая дает транспортной системе энергию, необходимую для переноса питательных веществ через клеточную мембрану».
Эта субъединица потенциально может стать мишенью, чтобы вывести из строя все семейство транспортеров. Хотя это не обязательно заменит антибиотики, это может замедлить рост бактерий, чтобы антибиотики и иммунная система хозяина могли эффективнее с ними бороться.