Учёные выяснили, как бактерии используют электрические импульсы для устойчивости к антибиотикам

Исследователи обнаружили, как некоторые бактерии используют электрические импульсы для преодоления действия антибактериальных препаратов. Это может привести к появлению «супербактерий», устойчивых к антибиотикам.

Исследование, проведённое командой из Йоркского университета и Пекинского университета, показывает, что бактерии — многие из которых вызывают тяжёлые заболевания — демонстрируют кратковременные электрические импульсы, очень похожие на те, что наблюдаются в нервных клетках. Они используют их, чтобы избежать губительного действия антибиотиков.

Учёные создали новые типы индикаторных красителей, которые можно было напрямую встроить в генетический код бактерий. Их флуоресценция затем использовалась для измерения электрического напряжения на мембранах отдельных клеток.

Устойчивость к противомикробным препаратам (AMR) — одна из самых острых мировых проблем здравоохранения, ежегодно уносящая более миллиона жизней. Она возникает из-за того, что микробы, такие как бактерии и грибы, становятся всё более устойчивыми к антибиотикам, предназначенным для их уничтожения.

Толерантность к препаратам

До сих пор не совсем ясно, как именно различные микробы становятся толерантными к этим препаратам. Поэтому усилия по пониманию этого механизма важны для разработки новых подходов к уничтожению микробов.

По словам авторов исследования, эта работа — важный шаг вперёд в понимании того, как активно растущие бактерии демонстрируют транзиторные электрические импульсы на своих клеточных мембранах и как эти импульсы связаны с повышенной способностью выживать при воздействии антибиотиков.

Электрическое напряжение

Соруководитель исследования, профессор Марк Лик из группы «Физика жизни» Йоркского университета, сказал: «Наше исследование предполагает, что когда бактерии активно растут, например, во время инфекции, они демонстрируют кратковременные всплески электрического напряжения на своих клеточных мембранах».

«Эти всплески поразительно похожи на те, что наблюдаются в нервных клетках при сенсорной стимуляции. Их величина и частота могут «настраиваться» путём изменения смеси химических ионов, окружающих клетки, что позволяет предположить, что крошечные каналы в клеточной мембране динамически открываются и закрываются».

«Мы обнаружили, что клетки с более крупными и частыми всплесками могут буквально выталкивать антибиотики через эти каналы, прежде чем те успеют убить клетку».

Инфекционные колонии

Исследование может решить загадку того, как некоторые бактерии, известные как «персистеры», могут, по сути, «реанимировать» себя после прекращения курса антибиотиков и вырасти в новые инфекционные колонии.

Команда разработала новые флуоресцентные красители, которые действуют как высокоточные датчики напряжения и встраиваются непосредственно в генетический код бактерий. Использование лазерной флуоресцентной микроскопии на этих клетках позволило команде впервые напрямую наблюдать эти всплески напряжения на отдельных клетках.

Супербактерии

Профессор Лик сказал: «Новые научные исследования, подобные нашему, которые помогают нам понять на уровне отдельных клеток, как электрические сигналы могут использоваться бактериями для выживания под действием антибиотиков, могут проложить путь к совершенно новым методам лечения. Они могут быть направлены на нарушение «электрических цепей» бактерий для борьбы с возникающей глобальной угрозой инфекций, вызываемых супербактериями».

Исследование, проведённое в сотрудничестве с Национальным центральным университетом (Тайвань) и Пекинским университетом (Китай), опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.