Умирающие бактерии поглощают антибиотик, позволяя другим выжить и расти

Бактерии используют несколько стратегий для выживания под действием антибиотиков: развитие генетической устойчивости, замедление роста или укрытие в защитных биопленках. Новые результаты исследователей из Принстона и Университета штата Калифорния в Нортридже (CSUN) пролили свет на еще один подход: самопожертвование.

Исследователи обнаружили, что в популяции бактерий E. coli, обработанной определенной антимикробной молекулой, некоторые умирающие клетки поглощают большое количество антибиотика, позволяя своим соседям выжить и продолжить рост. Ученые создали модифицированную, зеленую флуоресцентную версию исследуемого антибиотика — пептидной молекулы LL37, которая естественным образом вырабатывается кожей человека, дыхательными путями и другими органами, часто контактирующими с бактериями из внешнего мира. Отслеживание движения светящейся молекулы через популяцию бактерий показало, что антибиотик накапливается в подмножестве умирающих клеток.

Андрей Кошмерль, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Принстона, сотрудничал с командой CSUN для разработки математической модели, чтобы более полно объяснить явление и помочь дальнейшим исследованиям.

Модель описывает динамику бактериальных популяций, сталкивающихся с разными концентрациями антимикробного средства, показывая, как мертвые клетки секвестрируют опасную молекулу, и предсказывая отсроченный рост выживших клеток — расчеты, подтвержденные экспериментами в лаборатории Саттара Тахери-Араги, доцента физики в CSUN и соавтора исследования наряду с Кошмерлем.

«Модель дала физическое объяснение тому, как это на самом деле работает, — сказал Кошмерль. — У нас было удивительное наблюдение, что критическая ингибирующая концентрация антимикробных пептидов зависит от количества бактерий, и наша модель смогла объяснить, почему это происходит».

Несмотря на это новое понимание, вопросы о том, что происходит на молекулярном уровне, остаются, сказал Тахери-Араги. «Это исследование открывает двери для множества вопросов, которые раньше никогда не задавались. Наши выводы имеют глубокие последствия для эволюции бактерий — которые существуют миллиарды лет — а также в медицине для разработки и применения новых антибиотиков».

Исследователи сообщили о своих результатах в статье, опубликованной 18 декабря 2018 года в журнале eLife.