Обнаружена новая система коммуникации бактерий для борьбы с устойчивостью к антибиотикам
Исследователи обнаружили новую систему стрессовой сигнализации, которая позволяет бактериальным клеткам адаптироваться и защищаться от иммунной системы и некоторых антибиотиков.
Было установлено, что фермент RlmN напрямую воспринимает химические и средовые стрессы и быстро сигнализирует о выработке других белков, позволяющих бактериальной клетке адаптироваться и выжить. Это прорывное открытие RlmN в качестве сенсора стресса раскрыло новый механизм устойчивости к антимикробным препаратам, на который можно нацеливаться при разработке лекарств.
Все живые клетки имеют сенсоры, обнаруживающие изменения окружающей среды, такие как активные формы кислорода (АФК) или свободные радикалы, вызванные клеточным стрессом или метаболизмом. Согласно центральной догме молекулярной биологии, это достигается с помощью двухэтапной системы, включающей транскрипцию и трансляцию.
Исследование проведено Междисциплинарной исследовательской группой по устойчивости к антимикробным препаратам (AMR) в Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) в сотрудничестве с Singapore Center for Environmental Life Sciences Engineering (SCELSE), Наньянским технологическим университетом (Сингапур) и Массачусетским технологическим институтом (MIT).
Открытие системы RlmN показывает, что клетки обладают гораздо более быстрым механизмом ответа. Этот «короткий путь» — первый пример прямой связи между сенсорной системой и аппаратом трансляции для выработки белков, борющихся с АФК.
В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи задокументировали открытие RlmN как сенсора стресса для АФК у Enterococcus faecalis — распространенной бактерии в кишечнике человека, способной вызывать различные инфекции.
Они обнаружили, что подавление RlmN при контакте с АФК приводит к избирательной выработке белков устойчивости и активации других путей, связанных с устойчивостью к антимикробным препаратам. Таким образом, ингибирование RlmN представляет собой сигнальный механизм для бактериальной лекарственной устойчивости и уклонения от иммунного ответа, поскольку АФК индуцируются некоторыми антибиотиками и иммунными клетками человека.
Открытие было сделано с использованием сложной технологии масс-спектрометрии, разработанной в SMART и MIT, для одновременной идентификации всех 50 различных модификаций рибонуклеиновых кислот (РНК) у бактерий. Этот подход позволил наблюдать изменения в поведении клеток, которые невозможно обнаружить при индивидуальном изучении.
Используя этот инструмент, исследователи подвергли клетки E. faecalis воздействию низких, нетоксичных доз различных антибиотиков и токсичных химических веществ, вырабатываемых иммунной системой. Они обнаружили, что из 50 модификаций изменилась только одна — количество химического вещества 2-метиладенозина (m2A) уменьшилось. Поскольку известно, что эту модификацию осуществляет RlmN у других бактерий, исследователи SMART AMR доказали, что это справедливо и для E. faecalis, и показали, как он инактивируется АФК.
«Это первый раз, когда была обнаружена прямая связь между АФК и RlmN, и это может быть шагом вперед в разработке новых методов лечения бактериальных инфекций», — сказал профессор Питер Дедон, со-руководитель исследовательской группы SMART AMR.
«Понимание механизмов, которые бактерии используют для адаптации к стрессорам, помогает исследователям разрабатывать новые методы борьбы с AMR», — добавила доктор Ли Вэй Лин, ведущий научный сотрудник SMART AMR.
Понимание механизмов выживания бактерий в условиях стресса — важный шаг вперед. Изучая эти механизмы адаптации, исследователи могут разрабатывать препараты, которые предотвращают адаптационный ответ и сохраняют чувствительность патогенов к антибиотикам.