Новое исследование проливает свет на влияние свойств поверхности на движение бактерий
По мере роста устойчивости бактерий к антибиотикам лечение инфекций усложняется, что ведёт к более тяжёлым заболеваниям, увеличению сроков госпитализации и росту смертности.
Исследование, проведённое студенткой Виргинского политехнического института Меган О'Хара под руководством профессора биологических наук Чжаомина Яна, было посвящено изучению того, как бактерии перемещаются по поверхностям — процессу, известному как подёргивающая подвижность (twitching motility). Это движение позволяет бактериям быстро колонизировать новые поверхности, включая ткани и медицинские имплантаты.
Результаты двухлетней работы привели к неожиданному открытию ключевой роли свойств поверхности в обеспечении или предотвращении этого движения. Исследование было недавно опубликовано в журнале mSphere.
Подёргивающая подвижность обеспечивается крошечными структурами — пилями IV типа (T4P). Они являются частью арсенала некоторых бактерий, позволяющего им инфицировать и наносить вред человеку. В отличие от других форм движения, таких как плавание или роение, подёргивающая подвижность происходит на твёрдых или полутвёрдых поверхностях. Она связана со многими бактериями, обладающими T4P, некоторые из которых устойчивы к антибиотикам.
«Мы хотим работать с патогенами, имеющими высокие показатели антибиотикорезистентности, например, определёнными Всемирной организацией здравоохранения, поскольку они представляют повышенный риск для здоровья человека», — сказала О'Хара, ведущий автор исследования.
ВОЗ называет устойчивость к антибиотикам одной из 10 главных угроз для глобального здравоохранения: в 2019 году с ней напрямую были связаны около 1,27 млн смертей в мире. Прогнозируется, что к 2050 году это число может вырасти до 10 млн, если не вмешаться в эту тенденцию.
«Борьба с устойчивостью к антибиотикам действительно важна и является сейчас горячей темой исследований, — отметила О'Хара. — И один из способов достичь этого — не убивая бактерии, лишить их оружия и доспехов, чтобы они больше не могли колонизировать или причинять вред нашему телу. Они становятся аутсайдерами в конкуренции с хорошими бактериями, которые обычно населяют наш организм».
Исследование выявило неожиданное открытие: учёные смогли установить, что функция T4P в подвижности зависит от свойств поверхности. Их работа показала, что соли жёлчных кислот и другие детергенты усиливают бактериальное подёргивание, изменяя поверхность, делая её гидрофильной, а не воздействуя на биологию бактерии. Другими словами, манипулируя свойствами поверхности, можно изменить функциональность T4P.
«Изучение T4P действительно важно, потому что это то, что мы называем критическим фактором вирулентности, — пояснила О'Хара. — А критическим мы называем его потому, что у многих видов, если удалить T4P, бактерии больше не могут вызывать инфекцию».
Меган О'Хара, бывшая студентка бакалавриата и стипендиатка программы Virginia Tech Presidential Scholar, сейчас является аспиранткой первого года программы по биомедицинским наукам в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
«Я горжусь достижениями Меган как студентки бакалавриата в Виргинском политехническом институте, — сказал профессор Ян. — Она студентка мечты профессора — умная, целеустремлённая и самостоятельная. Иметь студента бакалавриата в качестве ведущего автора оригинальной исследовательской статьи — это необыкновенно».