Учёные раскрыли механизм роста и устойчивости бактерий
Учёные из Института Скриппс расшифровали сложный химический путь, позволяющий бактериям формировать скопления — биоплёнки. Это понимание может помочь в разработке новых методов борьбы с биоплёнками, которые участвуют во множестве инфекций и помогают бактериям сопротивляться антибиотикам.
Исследование, опубликованное 26 апреля 2012 года в журнале Molecular Cell, объясняет, как оксид азота (NO) — сигнальная молекула иммунной системы — приводит к образованию биоплёнки.
«По оценкам, около 80% патогенов человека формируют биоплёнки на каком-то этапе своего жизненного цикла», — сказал руководитель работы Майкл Марлетта. — «В этом исследовании мы впервые детально описали сигнальный путь от оксида азота к сенсору, через клеточные регуляторы и к биологическому результату — формированию биоплёнки».
Опасные скопления
Биоплёнки образуются, когда бактериальные клетки прилипают друг к другу и к поверхностям. Клетки снаружи могут быть уязвимы для антибиотиков, но внутренние клетки защищены, что затрудняет лечение.
Биоплёнки могут формироваться на хирургических инструментах (клапанах сердца, катетерах), приводя к опасным инфекциям, а также играют ключевую роль в таких состояниях, как болезни дёсен, холера, кистозный фиброз и болезнь легионеров.
Ранее было известно, что оксид азота, токсичный для бактерий в больших количествах, влияет на формирование биоплёнок, но механизм был неясен.
Детективная история
У позвоночных оксид азота связывается с Heme-Nitric Oxide/Oxygen (H-NOX) доменом на определённом ферменте, запуская каскад реакций. Многие бактерии, включая ключевые патогены, также имеют H-NOX домены, что стало отправной точкой исследования.
Используя геномные данные и тот факт, что гены взаимодействующих белков часто расположены рядом, учёные предположили связь между бактериальным H-NOX доменом и ферментом гистидинкиназой, которая передаёт фосфатные группы в сигнальных путях.
С помощью метода фосфотрансферного профилирования исследователи выяснили, что гистидинкиназа фосфорилирует три белка-регулятора ответа, которые совместно контролируют образование биоплёнок у изучаемой бактерии Shewanella oneidensis.
Дальнейшая работа показала, что каждый регулятор играет свою роль:
- Один активирует экспрессию генов.
- Второй контролирует активность фермента, производящего циклический дигуанозинмонофосфат — важную сигнальную молекулу, критичную для формирования биоплёнки.
- Третий регулирует степень активности второго.
Перспективы применения
Поскольку другие виды бактерий используют тот же химический путь, открытие прокладывает путь для исследований фармацевтического применения. Например, можно блокировать образование биоплёнок, прерывая активность одного из компонентов этого каскада, запускаемого оксидом азота.
Группа Марлетты уже изучала роль оксида азота в контроле болезни легионеров и теперь сосредоточится, среди прочего, на понимании формирования биоплёнок у бактерии, вызывающей холеру.