Роль сульфидов в переключении бактерий между аэробным и анаэробным дыханием

Бактерии в нашем кишечнике выполняют множество важных функций для здоровья и метаболизма. Многие из них обладают механизмами переключения с аэробного дыхания (с использованием кислорода) на анаэробное (без кислорода) в зависимости от среды.

Этот процесс также связан с повышением толерантности к антибиотикам и защитой клетки от активных форм кислорода (АФК). На него влияют и малые серосодержащие молекулы — сульфиды. Бактерии, по-видимому, научились чувствовать уровень сероводорода (H₂S) и адаптировать метаболизм, но точные механизмы были неясны.

Чтобы восполнить этот пробел, исследовательская группа под руководством доцента Синдзи Масуда из Токийского технологического института (Япония) изучила транскрипционный фактор YgaV у кишечной бактерии Escherichia coli. В статье, опубликованной в Antioxidants, отмечается, что YgaV эволюционно родственен (и почти идентичен) белкам других бактерий, реагирующим на H₂S.

Учёные провели эксперименты на обычных (дикого типа, WT) и мутантных штаммах E. coli с нефункциональным геном YgaV. Культуры подвергали разным атмосферным условиям: богатой кислородом, бедной кислородом и богатой H₂S. С помощью транскриптомного анализа выявили гены, экспрессия которых различалась между штаммами, что указало на роль YgaV.

Также оба штамма подвергли воздействию нескольких типов антибиотиков и сравнили эффекты. Измерили внутриклеточную концентрацию пероксида водорода (H₂O₂) — одного из видов АФК — и проанализировали структурные детали связывания YgaV с атомами серы.

Результаты показали, что YgaV критически важен для тонкой настройки экспрессии различных генов анаэробного дыхания и управления уровнем АФК в ответ на внешний H₂S. Толерантность к антибиотикам у штаммов различалась. Как отмечает доцент Масуда: «В то время как бактерии WT демонстрировали повышенную толерантность к антибиотикам в условиях атмосферы H₂S, мутант YgaV — нет. Кроме того, чувствительность к антибиотикам у мутанта была выше, чем у штамма WT, как в присутствии, так и в отсутствие внешнего H₂S».

Эти данные проясняют некоторые механизмы, с помощью которых бактерии регулируют внутренний химический баланс в ответ на изменения среды. Это знание может помочь в поиске мишеней для лекарств, чтобы повысить уязвимость патогенных бактерий к антибиотикам и улучшить лечение инфекций. Важнее всего, что связь между YgaV, толерантностью к антибиотикам и уровнем АФК требует дальнейшего изучения для понимания механизмов устойчивости.

«Дальнейшие исследования YgaV могут помочь разгадать многолетнюю загадку о том, существует ли связь между генерацией АФК и толерантностью к антибиотикам», — заключает Масуда.