Как бактерии защищаются от плазменной обработки

Плазма создаётся из газа, в который накачивается энергия. Сегодня плазму уже используют против мультирезистентных патогенов в клинической практике, например, для лечения хронических ран. «Плазма представляет собой сложный коктейль компонентов, многие из которых сами по себе действуют как дезинфицирующие средства», — объясняет профессор Юлия Бандов, руководитель исследовательской группы прикладной микробиологии RUB. УФ-излучение, электрические поля, атомарный кислород, супероксид, оксиды азота, озон, а также возбуждённый кислород или азот воздействуют на патогены одновременно, создавая значительный стресс. Обычно патогены выживают всего несколько секунд или минут.

Чтобы выяснить, могут ли бактерии развить устойчивость к воздействию плазмы, как к антибиотикам, исследователи проанализировали весь геном бактерии-модели Escherichia coli (E. coli), чтобы выявить существующие защитные механизмы. «Резистентность означает, что генетическое изменение приводит к лучшей адаптации организмов к определённым условиям окружающей среды. Такой признак может передаваться из поколения в поколение», — поясняет Юлия Бандов.

Мутанты с отсутствующими генами

В своём исследовании учёные использовали так называемые нокаутные штаммы E. coli. Это бактерии, у которых в геноме, содержащем примерно 4000 генов, отсутствует один конкретный ген. Исследователи подвергали каждый мутант воздействию плазмы и наблюдали, продолжают ли клетки размножаться после этого.

«Мы показали, что 87 нокаутных штаммов были более чувствительны к плазменной обработке, чем дикий тип с полным геномом», — говорит Марко Кревинг. Впоследствии исследователи проанализировали гены, отсутствующие в этих 87 штаммах, и установили, что большинство из этих генов защищают бактерии от воздействия перекиси водорода, супероксида и/или оксида азота. «Это означает, что эти компоненты плазмы особенно эффективны против бактерий», — уточняет Юлия Бандов. Однако это также означает, что генетические изменения, приводящие к увеличению количества или активности соответствующих продуктов генов, лучше защищают бактерии от воздействия плазмы.

Белок теплового шока повышает устойчивость к плазме

Исследовательская группа в сотрудничестве с группой профессора Урсулы Якоб из Мичиганского университета в Анн-Арборе (США) доказала, что это действительно так: белок теплового шока Hsp33, кодируемый геном hslO, защищает белки E. coli от агрегации при окислительном стрессе. «Во время плазменной обработки этот белок активируется и защищает другие белки E. coli — и, следовательно, бактериальную клетку», — отмечает Бандов. Увеличение количества только этого белка приводит к незначительному повышению устойчивости к плазме. Значительно более сильной устойчивости к плазме можно ожидать, когда уровни нескольких защитных белков повышаются одновременно.