Новый способ тестирования антибиотиков может привести к созданию лучших препаратов

Исследователи из MIT и Гарварда создали генетически модифицированные клетки E. coli для изучения реакции бактерий в очаге инфекции на лечение антибиотиками. Это позволяет больше узнать о механизме действия существующих препаратов и потенциально помочь в разработке новых.

В новом исследовании, опубликованном 31 августа в журнале Cell Host & Microbe, учёные обнаружили, что некоторые существующие гипотезы о реакции бактерий на антибиотики неверны.

«Наша работа показывает, что использование сконструированных организмов может дать окно в очаги инфекции и расширить наше понимание того, что на самом деле делают антибиотики. Это указывает на то, что некоторые наши предположения могут быть ошибочными», — говорит Джеймс Коллинз, старший автор исследования.

Инженерные бактерии

Для нового исследования учёные применили методы синтетической биологии. Они создали штамм E. coli с генетическим «переключателем», который активируется только при определённых условиях. В данном случае бактерии были сконструированы так, чтобы показывать, делятся они или нет, что позволило изучить влияние антибиотиков на клетки в обоих состояниях.

Предыдущие исследования на бактериях в чашке Петри показали, что большинство антибиотиков эффективнее против делящихся клеток, а неделящиеся клетки убить гораздо сложнее.

Результаты исследования в живом организме

Исследователи ввели модифицированные бактерии мышам вместе с небольшим ортопедическим имплантатом, чтобы смоделировать инфекции, часто возникающие в местах установки медицинских имплантов. Затем мышей лечили антибиотиком левофлоксацином.

Ключевые выводы, противоречащие предыдущим гипотезам:

1. Состав инфекции: Ранее считалось, что хронические инфекции в основном состоят из неделящихся бактерий. Однако в этом исследовании до лечения антибиотиком около половины бактерий всё ещё активно делились.
2. Эффективность антибиотика: Левофлоксацин оказался высокоэффективным и, возможно, даже более эффективным против неделящихся клеток, что противоречит данным, полученным в лабораторных условиях in vitro.
3. Устойчивость инфекций: Была опровергнута гипотеза о том, что хронические персистирующие инфекции, состоящие из неделящихся бактерий, обладают высокой толерантностью к антибиотикам. Оказалось, что такие инфекции всё ещё восприимчивы к антибиотикам при введении достаточно высоких доз.

Перспективы метода

Это исследование демонстрирует, что учёным ещё многое предстоит узнать о механизме действия антибиотиков, и показывает, что сконструированные организмы могут быть полезны для дальнейшего изучения их эффектов.

«Это заставит людей переосмыслить, что антибиотики делают в очаге инфекции. В конечном итоге эти инструменты синтетической биологии могут быть весьма полезны и в разработке антибиотиков — чтобы увидеть, достигают ли антибиотики патогенов, насколько они эффективны и что именно они делают на месте», — отмечает Джеймс Коллинз.

Генетический переключатель можно легко перенести в другие типы бактерий, а также настроить для проверки других параметров, например, взаимодействия бактерий с иммунными клетками. Этот подход также можно использовать для изучения биоплёнок и других патогенов, таких как грибы.