Расшифрован механизм распространения устойчивости к антибиотикам через бактериальную систему секреции

Международная группа учёных из Университета Биркбека и Университетского колледжа Лондона раскрыла структуру системы, позволяющей бактериям обмениваться генетическим материалом и, следовательно, распространять устойчивость к антибиотикам.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает механизм работы бактериальной системы секреции IV типа, которую бактерии используют для перемещения веществ через свою клеточную стенку. Поскольку эта система может распределять генетический материал между бактериями, в частности гены устойчивости к антибиотикам, она напрямую ответственна за распространение антибиотикорезистентности в больничных условиях. Она также играет ключевую роль в секреции токсинов при инфекциях, вызывающих язвы, коклюш или тяжёлые формы пневмонии, такие как болезнь легионеров.

Работа, проведённая под руководством профессора Ваксмана в Институте структурной и молекулярной биологии (совместный институт Биркбека и UCL) и финансируемая Wellcome Trust, показала, что система секреции IV типа существенно отличается от других бактериальных систем секреции как по молекулярной структуре, так и по механизму секреции.

Профессор Ваксман заявил: «Эта работа — настоящий тур де форс. Весь комплекс абсолютно огромен, и его структура беспрецедентна. Это исследование, которое является новаторским и задаст совершенно новое направление в этой области. Далее нам необходимо понять, как бактерии используют эту структуру, чтобы получить "фильм" о том, как перемещаются гены устойчивости к антибиотикам».

С помощью электронной микроскопии команда смогла реконструировать систему, наблюдаемую у бактерий E. coli. Они увидели, что механизм состоит из двух отдельных комплексов: один во внешней мембране клетки, а другой — во внутренней мембране. Они соединены стеблевидной структурой, пересекающей периплазму — пространство между двумя мембранами. Комплексы как во внутренней, так и во внешней мембране образуют поры, через которые могут секретироваться вещества.

Понимание структуры системы секреции поможет учёным раскрыть механизм, с помощью которого она перемещает вещества через внутреннюю и внешнюю мембраны. В конечном итоге это может помочь в разработке новых инструментов для генетической модификации человеческих клеток, поскольку бактерии могут выступать в роли носителя генетического материала, который затем можно секретировать в клетки.

Профессор Ваксман отметил: «Понимание системы секреции бактерий может помочь в создании новых соединений, способных остановить процесс секреции, тем самым остановив распространение генов устойчивости к антибиотикам. Учитывая, что устойчивость к антибиотикам стала настолько широко распространённой и представляет серьёзную угрозу для здоровья человека, эта работа может оказать значительное влияние на будущие исследования в области противомикробных препаратов».