Стресс может защищать — по крайней мере, у бактерий

Антибиотики вредят бактериям и вызывают у них стресс. Антибиотик триметоприм (TMP) подавляет рост бактерии Escherichia coli и индуцирует стрессовый ответ. Этот ответ также защищает бактерию от последующего смертельного повреждения кислотой. Таким образом, антибиотики могут в определённых условиях повышать шансы бактерий на выживание. Это показано в исследовании учёных из Института науки и технологий Австрии (IST Austria), проведённом Карин Митош, Георгом Риком и Тобиасом Болленбахом, которое было опубликовано в журнале Cell Systems.

Бактерии часто сталкиваются с суровыми условиями окружающей среды: например, патогены должны выдерживать кислотность в желудке. Специфический стрессовый ответ может помочь им пережить такие условия. При этом ответ на один стрессовый фактор может защитить бактерию и от другого; это явление известно как перекрёстная защита (cross-protection). В своём исследовании первый автор и аспирантка Карин Митош с коллегами изучали, может ли стрессовый ответ на антибиотики также обеспечивать такую защиту.

Антибиотики, то есть препараты, убивающие бактерии или подавляющие их рост, также могут активировать гены стрессового ответа. До сих пор было неясно, может ли этот стрессовый ответ защищать бактерии и от других воздействий окружающей среды. Чтобы исследовать этот вопрос, учёные подвергли бактерию Escherichia coli воздействию низких концентраций четырёх разных антибиотиков. Одновременно они измеряли, как в ответ на антибиотики меняется транскрипция во всём геноме бактерии. Транскрипция — это копирование ДНК в mRNA, которая, в свою очередь, содержит инструкции для производства белков.

Один из исследуемых антибиотиков, триметоприм (TMP), индуцирует быстрый кислотный стрессовый ответ, который сильно варьируется от одной бактериальной клетки к другой. Те клетки, у которых стрессовый ответ сильнее, лучше защищены от последующей атаки кислотой. Когда исследователи подвергали популяции бактерий воздействию чрезвычайно кислого раствора соляной кислоты, бактерии быстро погибали: их выживаемость, измеряемая как «период полураспада» (half-life) — аналогично распаду радиоактивных материалов — составляет всего около 30 минут. Когда же популяции бактерий сначала помещали в раствор с низкой концентрацией TMP, и только потом — в раствор соляной кислоты, период полураспада утраивался до более чем 100 минут.

Митош и коллеги выяснили биохимический механизм, лежащий в основе этой перекрёстной защиты. TMP приводит к истощению запасов аденин-нуклеотидов — важных строительных блоков ДНК и переносчиков энергии в клетке. Это истощение, в свою очередь, индуцирует кислотный стрессовый ответ. Карин Митош объясняет важность их открытия: «Мы предлагаем способ, как находить перекрёстную защиту между антибиотиками и другими стрессовыми факторами. Это важно, поскольку наше исследование показывает пример того, как антибиотики могут влиять на шансы бактерий на выживание в различных условиях окружающей среды. Если мы поймём, какие перекрёстные защиты существуют, можно будет разработать целенаправленные стратегии, усиливающие эффект антибиотиков при лечении заболеваний».