Передовая микроскопия показала, как антибиотик пробивает броню микробов

С помощью микроскопии высокого разрешения ученые увидели в мельчайших подробностях, как антибиотик из группы полимиксинов пробивает броню бактерий. Это открытие может помочь в разработке новых методов лечения лекарственно-устойчивых инфекций.

Полимиксины обычно используются в качестве терапии последней линии против грамотрицательных бактерий, которые могут вызывать такие инфекции, как пневмония, менингит и брюшной тиф.

«Три главных приоритетных патогена Всемирной организации здравоохранения — все грамотрицательные бактерии, и это во многом обусловлено сложностью строения их клеточной оболочки», — говорит молекулярный биолог Эндрю Эдвардс из Имперского колледжа Лондона.

Эти микроорганизмы хорошо защищены внешней оболочкой из липополисахаридов. Известно, что полимиксины нацелены на эту «броню», но оставалось неясным, как именно они ее разрушают и затем убивают бактерии; кроме того, непонятно было, почему эти эффективные препараты срабатывают не всегда.

Микробиологи провели биохимические эксперименты с участием грамотрицательной кишечной палочки Escherichia coli, результатами которых поделились в Nature Microbiology. Они воспользовались передовым методом атомно-силовой микроскопии, когда игла с острием в несколько нанометров считывает форму клетки.

Оказалось, один из двух типов полимиксинов, используемых в терапии, полимиксин B, вызывает появление странных вздутий на поверхности E. coli. Через несколько минут она принимается быстро сбрасывать свои липополисахариды, которые были обнаружены в окружающем растворе.

По мнению исследователей, присутствие антибиотика заставляет бактерию пытаться встроить все больше и больше «кирпичей» липополисахарида в свою защитную стену. Но по мере добавления кирпичей некоторые из них палочка теряет, оставляя временные бреши в своей защите, через которые препарат успевает проникнуть и убить ее.

«Антибиотики действуют примерно как лом, который помогает этим кирпичам выпасть из стены. Внешняя мембрана не распадается, не отваливается. Но в ней образуются щели, через которые антибиотик может добраться до второй мембраны», — объясняет Эдвардс.

Авторы выяснили также, почему антибиотик не всегда работает: он действует только на активные и растущие бактерии. Когда микробы в спящем состоянии, в которое они могут входить, чтобы пережить стрессовые условия, такие как нехватка питательных веществ, полимиксин B неэффективен, потому что в это время они не производят свою броню.

Исследователи обнаружили, что добавление сахара в клетки E. coli выводит их из этого спящего состояния, в течение 15 минут производство брони возобновляется, и клетки погибают. Ожидается, что то же самое относится и к другому терапевтическому антибиотику из этой группы — полимиксину E.

По мнению Эдвардса, возможно, удастся воздействовать на спящие бактерии, давая людям сахар, но пробуждение патогенов из состояния покоя сопряжено с опасностями: «Мы же не хотим, чтобы бактерии в очаге инфекции начали быстро размножаться, потому что у этого есть свои недостатки».

Он надеется найти сочетания препаратов, чтобы обойти состояние спячки, не пробуждая бактерии.