Бактерии замедляют деление для устойчивости к антибиотикам

Исследователи из Дании и Швейцарии показали, что при воздействии антибиотиков бактерии производят специфическую стрессовую молекулу, замедляют деление и таким образом экономят энергию. Эти данные могут лечь в основу разработки нового типа антибиотиков.

Свободноживущие бактерии постоянно борются за выживание, стремясь быть наиболее приспособленными и делиться быстрее всех. Однако при воздействии смертельных антибиотиков эта борьба превращается в балансирование между фитнесом (способностью к быстрому делению) и толерантностью к антибиотикам. Эта адаптивность бактерий усугубляет тяжесть инфекционных заболеваний, таких как туберкулёз и тяжёлые инфекции мочевыводящих путей, которые часто рецидивируют после окончания лечения.

В новой работе, опубликованной в журнале Molecular Cell, учёные выяснили, как бактерии справляются с этой задачей. Результаты показывают, что при воздействии антибиотиков бактерии очень быстро снижают скорость деления клеток, чтобы сохранить максимально возможную толерантность, но быстро возобновляют рост, когда антибиотики удалены и важнее всего становится фитнес.

Бактерии запасают энергию

На молекулярном уровне исследователи показали, что этот эффект опосредован ферментом внутри бактерий, способным запасать молекулярную энергию в виде компонентов клеточной ДНК (нуклеотидов). Эти запасы могут быть использованы для быстрого восстановления роста после прекращения лечения антибиотиками.

Учёные установили, что при воздействии антибиотиков бактерии производят специфическую стрессовую молекулу (p)ppGpp, которая делает фермент более активным. Это ускоряет процесс запасания энергии в условиях стресса.

С помощью метода рентгеновской кристаллографии исследователи получили детальные 3D-изображения фермента в нормальном состоянии и в связанном со стрессовой молекулой виде. Результаты неожиданно показали, что при наличии (p)ppGpp фермент «открывается», что делает его работу намного эффективнее, поскольку нуклеотиды получают более лёгкий доступ к активному центру, где происходит процесс расщепления.

Ожидается, что новые знания о молекулярной основе реакции бактерий на антибиотики могут быть использованы для разработки принципиально нового типа антибиотиков, которые будут предотвращать способность бактерий запасать энергию и адаптироваться к лечению.