Специализированные ферменты делают E. coli устойчивой к антибиотикам при низком pH
Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе показывает, что многие из так называемых «избыточных» ферментов в бактериях на самом деле являются специалистами, обеспечивающими максимальный рост в разных условиях окружающей среды.
Эти специализированные ферменты также повышают устойчивость E. coli к антибиотикам в условиях низкого pH, например, в желудочно-кишечном или мочевыводящем тракте. Это вызывает опасения, что современные тесты на чувствительность к антибиотикам недостаточны. Исследование лаборатории Петры Левин опубликовано 9 апреля в журнале eLife.
Специализация вместо избыточности
Учёные обнаружили, что подмножество ферментов, участвующих в построении клеточной стенки E. coli, являются pH-специалистами, обеспечивающими целостность клеточной стенки в широком диапазоне pH.
Для исследования были созданы штаммы E. coli, лишённые несущественных ферментов клеточной стенки. Эти штаммы выращивали в среде с pH, характерным для нижних отделов ЖКТ и мочевыводящих путей. В этих условиях несколько ферментов, вместо того чтобы быть взаимозаменяемыми, помогали E. coli расти лучше.
Ключевые ферменты: PBP1a и PBP1b
Исследование сфокусировано на двух pH-специализированных ферментах:
- PBP1a был необходим для максимального роста в щелочных условиях.
- PBP1b был необходим в кислых условиях.
Отсутствие одного из этих ферментов в его «специализированном» pH-условии приводит к снижению жизнеспособности клетки.
Влияние на устойчивость к антибиотикам
Избыточность в синтезе клеточной стенки влияет на чувствительность E. coli к некоторым антибиотикам, действующим на клеточную стенку.
Активность PBP1b в кислых условиях увеличивает устойчивость клетки к специфическим бета-лактамным антибиотикам в 64 раза по сравнению с ростом в стандартных лабораторных условиях (нейтральный pH, богатая питательными веществами среда).
Клиническое значение
Большинство клинических лабораторий тестируют антимикробную чувствительность, выращивая культуры бактерий именно в таких стандартных условиях, которые плохо отражают условия в большинстве очагов инфекции в организме человека.
Исследование подтверждает, что условия окружающей среды в месте инфекции могут влиять на эффективность антибиотикотерапии.
Перспективы
Дальнейшее изучение механизма, с помощью которого PBP1b защищает клетку, может выявить новые мишени для антимикробных препаратов. Также ожидается, что будущие исследования выявят аналогичных ферментов-специалистов у других бактерий.