Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, раскрывает двойственный механизм выживания бактерий при антибиотикотерапии. Микробы способны переживать «трудные времена» не только за счет классического «самоусыпления», но и через второй, принципиально иной режим остановки роста.
Антибиотики по умолчанию направлены на уничтожение активных делящихся бактерий, однако в ряде случаев инфекции возвращаются, поскольку отдельным клеткам удается выжить, «притворившись мертвыми». Это явление, называемое персистентностью, долгое время объясняли лишь тем, что бактерии переходили в состояние покоя, замедляя все жизненные процессы, чтобы «обмануть» препарат. Новое исследование под руководством Ади Ротем и профессора Натали Балабан из Иерусалимского университета показало: это лишь часть картины.
Два пути выживания
Исследователи обнаружили два принципиально различных состояния, позволяющих бактериям пережить химическую «травлю». Первое — регулируемая защитная остановка роста (regulated protective growth arrest), классическое «усыпление», при котором клетки целенаправленно замедляют обмен веществ и защищают себя от воздействия лекарств. Такой режим делает бактерии менее уязвимыми, поскольку многие антибиотики действуют лишь на активно делящиеся клетки и не трогают клетки пассивные.
Новый путь — так называемая «нерегулируемая (спонтанная) остановка роста» (disrupted, dysregulated growth arrest), режим, при котором клетки не входят в организованное состояние покоя, а фактически теряют контроль над жизненными процессами. Говоря простыми словами, пускают свою жизнь на самотек. Такие бактерии-фаталисты могут выжить, а могут и нет, и при этом часто имеют проблемы с целостностью мембраны, что может стать ключевой мишенью для терапии.
Это открытие поможет объяснить противоречивые результаты предыдущих исследований, где персистентные клетки выглядели по-разному, и позволит разработать разные подходы к лечению в зависимости от поведенческого типа «выживших» бактерий.
Новое окно для терапии
Авторы исследования использовали сочетание математического моделирования и передовых лабораторных методов — от транскриптомики до микрофлюидики — чтобы увидеть различия между двумя типами остановки роста на уровне отдельных клеток.
Понимание того, что персистентность не является единым феноменом, а может иметь несколько физиологических основ, открывает путь к созданию более эффективных лекарственных стратегий. Целевые методы воздействия, нацеленные на ослабленные функции клеточных мембран или на механизмы регулируемой остановки роста, могут значительно снизить риск рецидивов хронических инфекций.
Ранее ученые обнаружили другие необычные механизмы, которые помогают бактериям выживать в критических условиях. Так, например, некоторые виды могут на время «терять» клеточную стенку, чтобы пережить присутствие вирусов. Это немного напоминает анекдот про психиатрическую больницу, где пациенты отменили побег, потому что убрали забор.
Другие исследования выявили, что микробы способны конструировать специализированные белковые микроотсеки, которые помогают им в относительной безопасности накапливая силы для атаки на стенки кишечника и других органов.
Понимание различий между этими адаптационными путями помогает разрешить годы противоречивых результатов и дает ключ к созданию более эффективной стратегии лечения сложных бактериальных инфекций.
Недавно в кишечнике мышей ученые нашли бактерии, которые при определенных условиях стимулируют потерю веса. Сработает ли такое на людях, пока неизвестно.
