Хитрость микробов: учёные выяснили, как бактерии спасают своих «спящих» соседей от антибиотиков  

Давно известно, что бактерии могут помогать друг другу противостоять антибиотикам, обмениваясь «генами резистентности». Однако если горизонтальный перенос генов изучен хорошо, то механизмы и последствия горизонтального трансфера белков исследованы значительно меньше. Учёные из Медицинского колледжа Бейлора решили проверить, могут ли бактерии непосредственно делиться и белками: предыдущие работы на это намекали, но убедительных доказательств не хватало.  

«Некоторые уцелевшие после антибиотикотерапии микроорганизмы не имеют приобретённой генетической устойчивости — вместо этого они временно отключают определённые звенья своего метаболизма, входя в состояние, похожее на спячку, что даёт им возможность пережить антибиотикотерапию и впоследствии снова размножиться. Понимание того, как такие уцелевшие образуются и выживают, — одна из ключевых задач в борьбе с устойчивыми инфекциями», — пояснили авторы нового исследования.  

Чтобы детальнее изучить процесс переноса белков, учёные разработали чувствительную систему на основе E. coli. Одну группу бактерий (доноров) сконструировали так, чтобы они синтезировали фермент Cre, а другую группу кишечных палочек (реципиентов) — так, чтобы они содержали генетический «тумблер», который мог сработать лишь тогда, когда белок Cre попадал к реципиенту. С помощью этой модели учёные выяснили, что в обычных условиях перенос белков между донорами и реципиентами случался редко. Напротив, когда бактерии подвергали воздействию низких несмертельных доз антибиотиков, обмен белками возрастал в тысячи раз.  

Далее учёные установили, как именно белки переходят от одной клетки к другой. Оказалось, что перенос продолжался даже после удаления донорских клеток, когда оставалась лишь среда, в которой они росли. Это исключило прямой контакт между клетками и указывало на определённое активное вещество, выделяющееся в среду. Сочетая биохимические методы с передовой микроскопией, команда исследователей установила, что «спасительные» белки — компоненты рибосом, метаболических ферментов или факторов репарации ДНК — переносят крошечные мембранные везикулы. Эти структуры, похожие на мелкие пузырьки, образуются из бактериальной мембраны, отделяются от клеток и свободно плавают в среде. Внимательнее изучив свою модель, учёные заметили, что клетки-реципиенты демонстрировали явные признаки спячки: замедляли синтез белка, снижали метаболизм и включали гены, связанные с персистенцией, в частности HipA.  

«Клетки-реципиенты с высокой активностью HipA чаще поглощали везикулы с белками и выживали после лечения антибиотиками. Когда же ген HipA был удалён, и адсорбция белков, и выживаемость резко падали», — рассказали авторы работы.  

Трансфер белков помогал спящим бактериям пережить даже смертельные дозы антибиотиков: когда клетки перед лечением насыщали большим количеством везикул, уровень их выживаемости возрастал. По мнению авторов, перенесённые белки помогают спящим клеткам выдерживать стресс, пока их собственный синтез белка выключен. Поглощение ключевых белков от активных соседей даёт «спящим» патогенам возможность преодолевать разрушительный стресс.  

Это открытие может объяснить, почему некоторые бактерии так трудно уничтожить, и одновременно указывает на возможные будущие подходы к повышению действенности антибиотиков. В настоящее время исследователи определяют, какие именно белки в составе везикул отвечают за выживаемость реципиентов. Понимание взаимодействия между донорами и реципиентами открывает новые возможности в борьбе с хроническими и устойчивыми инфекциями.