Бактерии отравляют себя изнутри
Исследовательская группа Антона Майнхарта из Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге показала, что белки группы зета-токсинов запускают в бактериях механизм самоуничтожения. Триггерами этого бактериального "суицида" являются системы "токсин/антитоксин", играющие важную роль в наследственной передаче генов устойчивости и вирулентности. Это открытие даёт ценный новый инструмент для разработки новых антибиотиков широкого спектра действия.
Гены, несущие патогенные свойства или устойчивость к антибиотикам, могут передаваться между бактериями с помощью мобильных генетических элементов. Однако эти элементы часто также содержат гены токсинов и соответствующих антитоксинов. «Мобильные генетические элементы — это палка о двух концах для бактерий: они помогают им выживать, но могут и убивать», — говорит Антон Майнхарт.
Система PezAT (pneumococcal epsilon zeta antitoxin toxin) патогена Streptococcus pneumoniae (пневмококка) — особенно интересная система "токсин/антитоксин". Токсиновый компонент PezT принадлежит к семейству зета-токсинов, которые стабилизируют мобильные элементы, передающие устойчивость у многих патогенов. Хотя это семейство было открыто почти 20 лет назад, его смертоносный механизм оставался загадкой.
Учёным удалось объяснить молекулярный механизм действия зета-токсинов на модели бактерии Escherichia coli. Оказалось, что клетки, в которых искусственно активировали PezT, проявляли симптомы отравления, сходные с действием антибиотика пенициллина: сначала большинство клеток останавливалось в середине стадии деления, затем перетяжка между двумя клеточными телами разрывалась, и клетки погибали.
Дальнейшее исследование показало, что PezT и другие зета-токсины являются новыми ферментами, которые превращают важный сахарный строительный блок UNAG (UDP-N-ацетилглюкозамин) в токсичную молекулу. Этот токсин (UNAG-3P), подобно пенициллину, ингибирует рост бактериальной клеточной стенки, заставляя клетки лопаться и погибать.
Зета-токсины — первые известные ферменты, которые отравляют бактерии изнутри, производя "антибиотик-самоубийцу". Поскольку строительный блок UNAG отвечает за рост клеточной стенки у всех известных бактерий, это открытие объясняет широкую эффективность зета-токсинов и делает UNAG-3P ценным базовым материалом для разработки инновационных антибиотиков широкого спектра. Учёные планируют проверить, можно ли использовать UNAG-3P как новый эффективный антибиотик.
Кроме того, это открытие позволило объяснить ранее парадоксальный феномен: якобы летальный пневмококковый токсин PezT повышает скорость пневмококковой инфекции. Вероятно, активация PezT вызывает разрыв бактерии и высвобождение её компонентов, в том числе важнейшего токсина пневмококка — пневмолизина, что вызывает тяжёлое воспаление. Таким образом, отдельные пневмококки, по-видимому, жертвуют собой ради общей популяции в борьбе с иммунной системой.