Ученые обезвредили инфекционные бактерии, удалив ключевой белок
Ученые из Центра Джона Иннеса и Университета Восточной Англии обнаружили новый способ предотвращения бактериальных инфекций у людей и растений, не вызывающий у бактерий множественной лекарственной устойчивости.
При заражении бактерии сначала должны переместиться по поверхности к вероятному месту инфекции. Без этой миграции им трудно проникнуть внутрь организма-хозяина, и их способность вызывать инфекцию резко снижается.
Исследовательская группа под руководством доктора Джейкоба Мэлоуна изучала, почему при контакте с растениями у бактерий повышается уровень определенного белка. Они обнаружили, что этот белок является важным регулятором высокого уровня, контролирующим движение бактерий при заражении растений и человека. Этот белок может стать новой мишенью для разработки противомикробных препаратов, и поскольку бактерии не убиваются напрямую, это снижает вероятность развития у них устойчивости к лекарствам.
Команда изучает бактерии рода Pseudomonas, включая патоген P. aeruginosa, который вызывает около 7% внутрибольничных инфекций в Великобритании и является основной причиной смертности у пациентов с муковисцидозом.
Они выяснили, что способность Pseudomonas вызывать инфекцию нарушается на ранней стадии, если из бактерии удалить один ключевой белок.
Этот ключевой белок называется RimK. Он присутствует у сотен видов бактерий, включая несколько важных патогенов человека, но его биологическая функция оставалась в основном неизвестной.
Команда доктора Мэлоуна обнаружила совершенно новую функцию RimK. При его удалении из бактерий те теряли способность правильно двигаться, что, в свою очередь, влияло на их способность инициировать инфекции.
Опыты на растениях показали, что опрыскивание растения бактериями с удаленным геном RimK приводило к более слабым симптомам болезни по сравнению с опрыскиванием обычными (дикого типа) бактериями. Однако если обойти ранние стадии заражения (например, введя бактерии в ткань растения инъекцией), мутантные бактерии без RimK заражали нормально. Это говорит о том, что RimK важен только на ранних стадиях заражения растений. Аналогичные результаты были получены для патогенных Pseudomonas как растений, так и человека, что указывает на общий механизм активности RimK у обоих типов бактерий.
В статье, опубликованной в PLoS Genetics, команда показала, что RimK контролирует процесс производства многих других белков в бактериях. Исследование предполагает, что когда бактерия чувствует, что находится в новой среде (например, на листе растения или на человеческой клетке), она адаптируется, изменяя производство сотен белков. Белок RimK контролирует это изменение, обеспечивая способность бактерий перемещаться и процветать в новой среде. У бактерий, модифицированных в лаборатории так, чтобы они не содержали белка RimK, этот процесс нарушается. Бактерии выпадают из синхронизации с окружающей средой и не мигрируют, когда должны.
«Мы нашли совершенно новый способ, с помощью которого бактерии контролируют свои реакции на окружающую среду: путем изменения производства белков. Это влияет на то, как бактерия, растущая на людях и растениях, может заразить своего хозяина — если нарушить этот процесс, им будет трудно начать инфекцию», — сказал доктор Мэлоун.
Ученые надеются, что их понимание работы регуляторного процесса RimK повлияет на будущие медицинские и сельскохозяйственные исследования, предоставив мишень для предотвращения болезней.
«Эта информация будет чрезвычайно полезна для исследователей, работающих над болезнями растений и человека. Многие слышали о появлении мультирезистентных бактерий — если мы сможем нацелиться на белок, который специфически контролирует инфекцию, а не убивает бактерии напрямую, у бактерий будет меньше шансов эволюционировать и стать устойчивыми. Это открытие может дать ученым новую мишень для разработки противомикробных препаратов», — отметил доктор Мэлоун.