Связь между метаболизмом и коммуникацией бактерий открывает путь к новым лекарствам

Исследователи обнаружили связь между метаболизмом бактерий и межклеточной коммуникацией, что потенциально может стать мишенью для новых антивирулентных и антибиопленочных препаратов.

Современные лекарства от бактериальных инфекций направлены на массовое уничтожение бактерий, но такие препараты часто в итоге сталкиваются с устойчивостью к антибиотикам. Антивирулентные и антибиопленочные препараты, напротив, блокируют токсичные молекулы, производимые бактериями, или предотвращают образование бактериями тонких слизистых пленок — биопленок (распространенный пример — зубной налет). Эти механизмы контролируются чувством кворума — процессом, позволяющим популяциям бактерий общаться и координировать групповое поведение.

Например, E. coli, образующая биопленку, может вызывать инфекции мочевыводящих путей. Таким образом, нарушение чувства кворума и образования биопленки у этих бактерий может предотвратить такие инфекции.

Чувство кворума обеспечивается сигнальными молекулами — автоиндукторами. Один конкретный автоиндуктор, AI-2, модифицируется белком LsrK, чтобы его сигнал мог быть воспринят.

Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, показывают, что LsrK образует комплекс с HPr — белком, участвующим в утилизации глюкозы в E. coli.

"Тот факт, что они физически связаны, дает заманчивые доказательства того, что эти два очень важных пути действительно общаются", — сказал Герман Синтим, профессор химии и исследователь Института открытия лекарств Университета Пердью.

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Корейского института фундаментальных наук и Университета Мэриленда, сделала еще одно удивительное открытие: связывание LsrK с HPr зависит от наличия фосфатной группы на HPr, что определяется доступностью глюкозы. Когда глюкоза присутствует, фосфатная группа на HPr переносится на импортированный сахар, но когда уровень глюкозы низкий, фосфатная группа на HPr не переносится. Таким образом, накапливается форма HPr с фосфатной группой.

"Мы связали отсутствие глюкозы или родственных сахаров с отключением процесса чувства кворума", — сказал Синтим. — "Когда глюкозы мало, HPr, у которого теперь есть фосфатная группа, меньше связывается с LsrK. Неингибированный LsrK может модифицировать AI-2, что облегчает чувство кворума. Это означает, что сотрудничество между E. coli и родственными бактериями может зависеть от доступности глюкозы".

Если исследователи смогут найти другие синтетические молекулы, которые связываются с LsrK и переводят его в неактивное состояние, как это делает HPr, они смогут помешать некоторым бактериям ощущать окружающую среду и общаться.

"Если бактерии попадают в среду, а другие бактерии производят "язык", они вынуждены слушать", — сказал Синтим. — "Но теперь похоже, что мы сможем закрыть им уши".