Как болезнетворные бактерии впадают в спячку во время лечения

Бактерии могут не только развивать устойчивость к антибиотикам, но и использовать другую тактику, чтобы избежать уничтожения. Некоторые клетки популяции переходят в спящее (дремлющее) состояние, пережидают опасность, а затем возвращаются к активной жизни. Например, некоторые инфекции мочевыводящих путей вспыхивают вновь даже после, казалось бы, успешного лечения антибиотиками.

Исследователи из Протеомного центра Университета Тюбингена под руководством профессора Бориса Мачека совместно с коллегами из Университета Копенгагена изучили такие персистирующие формы бактерии E. coli. Оказалось, что варианты одного фермента указывают на процессы, запускающие спящее состояние.

Разница между устойчивостью и персистенцией

• Устойчивость (резистентность): бактерия становится нечувствительной к препарату (например, выкачивает антибиотик из клетки, расщепляет его ферментами или находит обходной метаболический путь).
• Персистенция: бактерия временно толерантна к антибиотику, останавливая свой рост и впадая в спячку. Генетически эти клетки идентичны остальным, и невозможно предсказать, какие именно перейдут в спящее состояние. Это редкое явление, затрагивающее одну из десяти тысяч или даже миллиона клеток, что затрудняет его изучение.

Поиск причин спящего состояния

Ключ к разгадке дали бактерии, выделенные у пациентов с инфекциями мочевыводящих путей, вызванными Escherichia coli. У них были мутации, которые увеличивали персистенцию в тысячу раз, не повышая при этом устойчивость к антибиотикам. Мутировал фермент киназа HipA (от англ. high persister gene A).

В новом исследовании команда сравнила нормальные бактерии E. coli и бактерии с мутацией в HipA с помощью протеомного анализа.

Результаты:

• Нормальная и мутировавшая киназа HipA действовали на разный набор бактериальных белков, модифицируя их фосфатной группой.
• Хотя считалось, что HipA запускает спячку, просто подавляя рост, реальность сложнее.
• Мутировавшая HipA подавляла рост бактериальных клеток гораздо слабее, чем нормальная, но при этом многократно повышала персистенцию.

Это указывает на то, что подавление роста и переход в персистирующее состояние — результаты двух разных процессов. Понимание этих процессов открывает новые мишени для разработки лекарств, способных бороться с опасной персистенцией инфекционных бактерий.

Исследование опубликовано в журнале Science Signaling.