Новое исследование раскрывает, как клетки E. coli уклоняются от антибактериального лечения
Формирование персистеров — важная особенность бактерий, таких как Escherichia coli (E. coli). Эти опасные клетки, способные впадать в спячку, обладают высокой устойчивостью к противомикробным препаратам и являются причиной различных рецидивирующих хронических инфекций.
Считается, что образование клеток-персистеров — одна из важнейших стратегий выживания бактерий в условиях лечения и стресса. Однако о механизмах их формирования известно мало, в основном из-за технических ограничений предыдущих исследований.
В статье, опубликованной в Frontiers in Microbiology 4 августа, исследователи использовали метод Рамановской спектроскопии для выявления ключевых характеристик клеток-персистеров E. coli.
«В настоящее время большинство работ изучает персистеры на уровне всей популяции, — говорит доктор Ван Чуан из Университета Гонконга. — В нашем исследовании есть два значительных улучшения. Во-первых, биохимическая синтетическая и метаболическая активность клеток-персистеров E. coli анализируется на основе их молекулярного количества, а не просто по скорости деления. Во-вторых, наши наблюдения основаны на исследовании отдельных клеток, а не на «усреднённом» уровне всей популяции».
Рамановская спектроскопия — это метод химического анализа на основе света. Свет возбуждает образец, создавая колебания, которые можно точно считать и интерпретировать. Результаты часто называют «молекулярным отпечатком пальца». С помощью этого метода учёные смогли создать профиль клеток-персистеров для их последующей идентификации.
Традиционно считалось, что персистеры находятся в состоянии покоя, так как не растут в условиях стресса. Однако исследователи обнаружили, что метаболическая активность клеток-персистеров E. coli значительно выше, чем у референсных штаммов.
«Это важное новое открытие означает, что клетки-персистеры остаются активными даже в спящем состоянии, и это может быть одним из ключевых способов, позволяющих им пережить лечение высокой дозой антимикробного препарата», — говорит профессор Цзинь Лицзянь из Университета Гонконга.
«На основе передовой технологии Рамановской спектроскопии наше исследование впервые оценило относительные уровни биохимического синтеза в клетках-персистерах E. coli во время их формирования и «пробуждения». Это указывает на то, что эти клетки могут разрабатывать внутренние стратегии, снижая скорость репликации, но усиливая биосинтез для выживания и последующего восстановления», — отмечает Чэнь Жунцзэ, соавтор статьи и докторант Центра одиночных клеток QIBEBT Китайской академии наук.
Исследование также раскрывает метаболическую активность персистеров E. coli в различных условиях и её повышенный уровень по сравнению с референсными штаммами.
Учёные надеются, что эти открытия приведут к новым результатам в ближайшем будущем. Они разработали новый прибор CAST-R (Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry) для идентификации и характеристики персистеров.
«Это позволит расширить исследования на другие патогены и в конечном итоге применять их в клиниках, раскрывая механизмы патогенности микробов для разработки новых персонализированных терапевтических стратегий», — говорит соавтор исследования профессор Сюй Цзянь из Центра одиночных клеток.