Распространенный класс антибиотиков, по-видимому, убивает бактерии, подобные кишечной палочке, разрушая их прочную броню.
На верхнем изображении показана необработанная бактерия E. coli; на нижнем — бактерия после 90 минут воздействия антибиотика полимиксина B. Каролина Боррелли, Эдвард Дуглас и др./Природная микробиология
Метод, с помощью которого антибиотики, называемые полимиксинами, проникают сквозь броню бактерий, был детально изучен с помощью микроскопии высокого разрешения. Это может помочь нам разработать новые методы лечения инфекций, устойчивых к лекарственным препаратам.
Полимиксины обычно используются в качестве крайней меры против некоторых грамотрицательных бактерий, которые могут вызывать такие инфекции, как пневмония, менингит и брюшной тиф. «Три основных патогена, рассматриваемых Всемирной организацией здравоохранения, — это грамотрицательные бактерии, и это во многом обусловлено сложной структурой их клеточной оболочки», — говорит Эндрю Эдвардс из Имперского колледжа Лондона.
Реклама
Вокруг внутренней клетки этих бактерий имеется внешний поверхностный слой, содержащий молекулы, называемые липополисахаридами, которые действуют как броня. Мы знали, что полимиксины воздействуют на этот внешний слой, но как именно они его разрушают, а затем убивают бактерии, было непонятно; также не было понятно, почему эти препараты не всегда эффективны.
Теперь Эдвардс и его коллеги использовали биохимические эксперименты и атомно-силовую микроскопию (при которой игла шириной всего несколько нанометров создает изображение клетки, определяя ее форму), чтобы обнаружить, что один из двух типов полимиксина, используемых в терапевтических целях, называемый полимиксин B, вызывает появление странных выпуклостей на поверхности грамотрицательной бактерии E. coli.
Через несколько минут после появления выступов бактерия начинает быстро избавляться от липополисахаридов, которые исследователи обнаружили в растворе, в котором она находилась.
Исследователи утверждают, что присутствие антибиотика побуждает бактерию пытаться отложить всё больше «кирпичей» липополисахаридов в свою защитную стену. Но по мере того, как она добавляет кирпичи, она также отбрасывает часть из них, временно оставляя бреши в своей защите, что позволяет антибиотику проникнуть внутрь и уничтожить её.
«Антибиотики действуют как лом, который помогает этим кирпичам вытаскиваться из стены», — говорит Эдвардс. «Внешняя мембрана не разрушается, не отваливается. Но, очевидно, остаются щели, через которые антибиотик может проникнуть во вторую мембрану».
Он и его коллеги также выяснили, почему антибиотик не всегда эффективен: он воздействует только на активные и растущие бактерии. Когда бактерии находятся в состоянии покоя, в котором они могут пережить стресс окружающей среды, например, недостаток питательных веществ, полимиксин B неэффективен, поскольку не вырабатывает защитную оболочку.
Изображения E. coli, подвергшейся воздействию полимиксина B, демонстрирующие изменения внешнего слоя ее мембраны, слева направо: без обработки; бактерия через 15 минут воздействия антибиотика; через 30 минут; через 60 минут; через 90 минут Каролина Боррелли, Эдвард Дуглас и др. / Природная микробиология
Однако исследователи обнаружили, что добавление сахара к клеткам E. coli выводило их из состояния покоя, и в течение 15 минут производство брони возобновлялось, а клетки погибали. Ожидается, что то же самое относится и к другому антибиотику из группы полимиксинов, используемому в терапевтических целях, — полимиксину E.
Эдвардс говорит, что, возможно, можно воздействовать на спящие бактерии, давая людям сахар, но пробуждение этих патогенов из состояния покоя сопряжено с опасностями. «Необязательно, чтобы бактерии в месте заражения начали быстро размножаться, поскольку это имеет свои недостатки», — говорит он. Вместо этого, добавляет он, можно комбинировать различные препараты, чтобы обойти состояние гибернации, не пробуждая бактерии.
Nature Microbiology DOI: 10.1038/s41564-025-02133-1
Источник: www.newscientist.com
