Ключевой этап приобретения бактериями устойчивости к лекарствам раскрыт

Исследователи получили изображение основного компонента конъюгации — процесса, с помощью которого бактерии обмениваются ДНК друг с другом.

Во время конъюгации бактерии могут обмениваться генетической информацией в виде специальных фрагментов ДНК. К ним относятся гены, которые помогают им противостоять атакам обычных противомикробных препаратов, делая многие заболевания, вызываемые этими бактериями, устойчивыми к лечению.

Лучшее понимание конъюгации может позволить ученым найти способы остановить этот процесс и снизить распространение антимикробной резистентности.

Хотя конъюгация изучается с 1940-х годов, атомные детали, лежащие в основе механизма, были неизвестны. Теперь исследователи из Имперского колледжа Лондона и Лондонского университета королевы Марии впервые визуализировали ключевую часть процесса.

Результаты, опубликованные в Nature Communications, являются важным шагом вперед в понимании того, как бактерии приобретают лекарственную устойчивость, и, потенциально, как помешать им это делать.

Ведущий исследователь доктор Тиаго Коста заявил: «Наши результаты создают основу для ускорения нашего понимания переноса генов, обеспечивающего устойчивость к противомикробным препаратам среди бактерий. Важно, что расшифровка механистических деталей переноса генов может предоставить нам мишени, которые можно использовать для подавления устойчивости к антибиотикам».

Команда изучала бактерии E. coli. Когда бактерия E. coli хочет инициировать конъюгацию с другой бактерией, она использует систему секреции IV типа (T4SS) — структуру, которая протягивается и проникает в другую бактерию.

Многие типы бактерий используют T4SS для ряда процессов, включая введение токсичных белков в наши собственные клетки во время инфекции или введение токсинов в клетки бактерий-соперников, чтобы убить их при конкуренции за ресурсы.

Во время конъюгации передаются не токсичные белки, а сегменты свободной ДНК, которые дают бактериям преимущество, включая устойчивость к противомикробным препаратам. Эти сегменты ДНК могут даже передаваться бактериям разных видов, распространяя лекарственную устойчивость на новые патогены.

T4SS состоит из трех частей. Команде удалось визуализировать часть, называемую комплексом ядра внешней мембраны, который закрепляет T4SS на бактерии, делящейся своими генами. От этой точки крепления бактерия выпускает пилус — длинную нить, которая захватывает соседнюю бактерию, которой должен быть передан фрагмент ДНК.

Изображения, полученные с помощью криоэлектронной микроскопии, показали, что комплекс ядра внешней мембраны состоит из двух концентрических колец белков с очень гибкими соединителями. Эта структура обладает высокой гибкостью, что, по мнению исследователей, помогает при выдвижении и втягивании пилуса, когда он достигает другой бактерии.

Соавтор исследования Химани Амин сказала: «Наша структура раскрывает увлекательные новые детали о комплексе ядра внешней мембраны, демонстрируя замечательную организацию белков внутри. Это проложит путь к лучшему пониманию переноса генов среди бактериальной популяции и может позволить исследователям разработать профилактические терапевтические средства».

Теперь команда хочет визуализировать остальную часть T4SS конъюгации в E. coli, раскрыв ее полную функциональность с достаточной детализацией, чтобы показать ученым, как можно нарушить этот процесс, уменьшив передачу устойчивости к противомикробным препаратам.