Ученые нашли причину устойчивости стафилококка к антибиотикам

Госпитальные инфекции, вызываемые Staphylococcus aureus, остаются серьезной проблемой. Бактерия уклоняется от действия антибиотиков, вызывая хронические или рецидивирующие заболевания, такие как эндокардит и остеомиелит.

Исследователи под руководством Кима Льюиса из Северо-Восточного университета выяснили причину этой устойчивости, сосредоточившись на субпопуляции бактериальных клеток — персистерах.

Новый механизм образования персистеров

Персистеры — это живые клетки, находящиеся в спящем, подобном спорам состоянии. Обычные антибиотики атакуют только активно функционирующие клетки, поэтому персистеры выживают. После выведения антибиотика из системы они «просыпаются» и размножаются, вызывая рецидив инфекции.

Ученые обнаружили, что у стафилококка механизм образования персистеров совершенно новый и не такой, как у E. coli или других бактерий. Ключевую роль играет потеря энергии клеткой.

Энергия как ключевой фактор

Молекулярный механизм — это падение уровня химического соединения аденозинтрифосфата (АТФ), «энергетической валюты» клетки.

Исследователи выяснили, что при дефиците питательных веществ и кислорода из-за роста популяции уровень АТФ в клетках стафилококка резко падает. Многие активные клетки переходят в состояние, имитирующее персистерное, становясь невосприимчивыми к антибиотикам.

«Клетки с низким содержанием АТФ в тысячу раз чаще выживали после воздействия антибиотика, чем клетки с нормальным уровнем АТФ. Это говорит о том, что уровень энергии клетки предсказывает, выживет ли она при лечении антибиотиками», — объясняет Брайан П. Конлон, соавтор исследования.

Препарат, созданный для персистеров

Это открытие объясняет, почему антибиотик ADEP4 (производное препарата ацилдепсипептида) так эффективен против стафилококка и, возможно, других устойчивых патогенов.

• Обычные антибиотики (пенициллин, ципрофлоксацин) требуют, чтобы клетки были активны (с большим количеством АТФ).
• ADEP4 работает в отсутствие АТФ, что идеально подходит для спящих клеток-персистеров с низким уровнем АТФ.

Механизм действия ADEP4: он связывается с бактериальным ферментом, отвечающим за переваривание испорченных белков («мусорщик»), и превращает его в «злого двойника». Этот измененный фермент заставляет как растущие, так и спящие клетки переваривать самих себя.

«ADEP4 — пример того, как понимание причины устойчивости к антибиотикам может привести к разработке препаратов, которые будут напрямую убивать эти клетки», — говорит Конлон.

Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.