Ученые раскрыли, как электрохимическая энергия бактерий обеспечивает устойчивость к антибиотикам

Исследователи из Техасского университета A&M изучают, как бактерии развивают толерантность к антибиотикам без приобретения новых генов или мутаций. Они сосредоточились на вариациях электрохимической энергии, питающей рост бактерий. Электрическое поле в отдельной бактерии может быть сильнее, чем в молнии.

• Проблема: Избыточное использование антибиотиков создает условия для появления устойчивости. Помимо генетической резистентности, бактерии могут выживать, впадая в спячку (дремлющее состояние), когда антибиотики неэффективны.

• Неожиданное открытие: Ученые наблюдали, как выжившие клетки Escherichia coli активно плавали в присутствии антибиотиков в течение нескольких часов. Плавание обеспечивается вращением жгутиков сильными электрическими полями, что указывает на высокий уровень энергии у этих клеток, вопреки устоявшемуся мнению о пользе низкой энергии для выживания.

• Исследование: Используя флуоресцентные красители, команда измерила уровни электрохимической энергии у выживших клеток. Они обнаружили широкий диапазон энергий, даже при остановленном росте.

  • Клетки с высокой энергией начинали расти сразу после прекращения воздействия антибиотика, демонстрируя опасность незавершенных курсов лечения.
  • Такие клетки могут выживать, не будучи ни спящими, ни резистентными, сохраняя способность быстро распространяться.

• Механизм адаптации: Источник энергии, питающий движение E. coli, также питает транспортные системы (эффлюксные насосы), которые могут выкачивать антибиотик из клетки. Наблюдаемые плавающие клетки, возможно, адаптировались именно так.

• Ключевой вывод: Клетки с высокой энергией выживают чаще при смене антибиотика, чем при использовании одного препарата. Несмотря на генетическую идентичность, клетки в популяции используют разнообразные механизмы адаптации к стрессу от антибиотиков.

Вывод для медицины: Учет такого разнообразия адаптивных стратегий бактерий может улучшить результаты лечения. Исследование опубликовано в журнале mBio в статье "Heterogeneous Distribution of Proton-Motive Force in Nonheritable Antibiotic Resistance".