Антибиотики могут убивать бактерии, вызывая у них метаболический стресс
Новое исследование, опубликованное в Cell Reports, предоставляет прямые доказательства того, что некоторые антибиотики не убивают бактерии напрямую, а создают условия для их гибели, нарушая метаболизм. Это приводит бактерии в состояние окислительного стресса, который в конечном итоге повреждает их ДНК и другие ключевые молекулы.
Исследование под руководством Питера Беленки (Peter Belenky) из Университета Брауна показало, что антибиотики ампициллин, канамицин и норфлоксацин убивают бактерии не только атакуя свои прямые мишени. Они вызывают общий хаос, который позволяет «осложнениям» нанести завершающий удар, подобно тому, как инфекции часто убивают людей.
Механизм стресса
Учёные впервые напрямую измерили метаболические продукты Escherichia coli (E. coli) во время атаки антибиотиков. Они отследили уровни почти 200 метаболитов в клетке.
Ключевые наблюдения:
- Метаболизм не снижался, а активировался.
- Бактерии резко усиливали ключевой энергогенерирующий процесс — цикл TCA (лимонной кислоты).
- Цикл TCA в режиме перегрузки производит окислительный стресс в виде увеличения побочных химических продуктов — активных форм кислорода (reactive oxygen species).
- Бактерии пытались защититься, производя больше защитного вещества глутатиона, но в итоге были подавлены.
- Исследователи напрямую наблюдали характерные повреждения, которые окислительный стресс наносит белкам, липидам, а особенно важным молекулам ДНК и РНК. С помощью флуоресцентных белков они зафиксировали фатальные двуцепочечные разрывы в ДНК E. coli, подвергнутой действию антибиотиков.
Практические последствия
Результаты исследования имеют несколько важных практических следствий:
- Больше мутаций: Повреждение ДНК антибиотиками предполагает, что сублетальные (не смертельные) дозы могут вызывать генетические мутации, способствующие развитию устойчивости к антибиотикам.
- Раннее обнаружение: Вместо того чтобы ждать часами, чтобы увидеть, погибли ли бактерии, эффективность антибиотика можно оценить за минуты, отслеживая изменения в метаболизме.
- «Насос» для усиления: Если перегрузка цикла TCA способствует гибели бактерий, то поиск дополнительных способов стимулировать этот цикл может повысить эффективность антибиотиков.
- Более разумные комбинации: Антибиотики часто назначают в комбинации. Препараты, подавляющие цикл TCA, могут нейтрализовать действие изученных антибиотиков, подрывая лечение. Чем больше врачи знают о функции антибиотиков, тем эффективнее они могут их комбинировать.
Как отметил Питер Беленки, понимание конкретных путей, которыми антибиотики убивают бактерии, становится ключевым для поиска способов повысить эффективность существующего арсенала лекарств в условиях кризиса антибиотикорезистентности.