Необычные способности бактерий визуализированы в реальном времени

Распространение устойчивости к антибиотикам — глобальная проблема здравоохранения. В статье, опубликованной в журнале Science, группа под руководством Кристиана Лестерлена впервые в реальном времени засняла процесс приобретения бактерией устойчивости к антибиотику и обнаружила неожиданного ключевого игрока в поддержании и распространении этой устойчивости.

Основной путь распространения устойчивости — обмен генетическим материалом между бактериями посредством конъюгации. Однако процесс передачи генов in vivo, время, необходимое для приобретения устойчивости, и влияние молекул антибиотика на этот процесс оставались неясными.

Визуализация в реальном времени

Исследователи изучили приобретение Escherichia coli устойчивости к тетрациклину. Такая устойчивость связана со способностью бактерии выводить антибиотик с помощью мембранных эффлюкс-насосов.

В эксперименте передача ДНК, кодирующей специфический насос TetA, от устойчивой бактерии к чувствительной наблюдалась с помощью флуоресцентной метки и микроскопии живых клеток.

Было показано, что уже через 1–2 часа одноцепочечный фрагмент ДНК насоса превращается в двуцепочечную ДНК и транслируется в функциональный белок, что делает бактерию-реципиент устойчивой к тетрациклину.

Как формируется устойчивость в присутствии антибиотика?

Тетрациклин убивает бактерии, блокируя синтез белка. Логично предположить, что при добавлении антибиотика насос TetA не будет произведен, и бактерии погибнут. Однако исследователи наблюдали парадокс: бактерии выживали и эффективно развивали устойчивость.

Объяснение этому — существование другого, универсального эффлюкс-насоса AcrAB-TolC, присутствующего практически у всех бактерий. Этот насос менее эффективен, чем TetA, но способен вывести из клетки небольшое количество антибиотика, позволяя поддерживать минимальную активность синтеза белка. Если в этот момент бактерия получила ген устойчивости (TetA) путем конъюгации, насос TetA производится, и бактерия становится устойчивой.

Это исследование открывает новые пути для поиска подобных механизмов у других бактерий и для разных антибиотиков. Рассматривается возможность терапии, сочетающей антибиотик и молекулу, ингибирующую универсальный насос.