Инфографика исследования потенциальной уязвимости супербактерий. Изображение создано алгоритмом ChatGPT.
У устойчивых к антибиотикам бактерий обнаружили сразу несколько потенциально слабых мест. Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре разобрали три механизма, которые помогают опасным микробам выживать, защищаться и атаковать конкурентов и клетки хозяина.
Первые два удара нанесли по энергетике бактерии Mycobacterium abscessus. Именно этот микроб способен вызывать тяжелые заболевания легких, в том числе у людей с муковисцидозом. Он отличается природной устойчивостью ко многим антибиотикам. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые с помощью криоэлектронной микроскопии нашли своеобразный «карман» в ферменте cytochrome bcc oxidase. Этот фермент участвует в цепи переноса электронов и помогает бактерии производить АТФ — универсальную энергетическую валюту клетки.
Соединение (ND-011458) связывается с полостью в субъединице цитохрома в ферменте cytochrome bcc oxidase и ингибирует его. Автор: Национальный университет Сингапура.Исследователи создали соединение ND-011458, которое занимает найденную полость и блокирует работу фермента. В результате бактерия теряет возможность нормально получать энергию. Особенно интересно, что мишень специфична для M. abscessus, поэтому соединение не показало цитотоксичности для человеческих клеток.
Само по себе новое вещество уже представляло интерес, но в комбинации с антибиотиком клофазимином эффект оказался еще заметнее: за четыре дня количество бактерий удалось сократить примерно в 100 раз. На разработку уже подали патент, ученые занимаются лицензированием нового препарата.
Mycobacterium abscessus (таксономически более точное название — Mycobacteroides abscessus).Когда вирусы становятся оружием против самих бактерий
Вторая часть работы касается бактериофагов — вирусов, которые заражают бактерии и используют их клетки для собственного размножения. В конце концов захваченная бактерия лопается, выпуская новые вирусные частицы во все стороны.
На этом принципе строится фаговая терапия, однако M. abscessus умеет давать сдачи. Исследователи выяснили, что после атаки фагов гладкие варианты бактерии могут превращаться в так называемые шероховатые. У них исчезают гликопептидолипиды на поверхности, а именно эти молекулы, предположительно, нужны вирусам для прикрепления.
Проблема в том, что «шероховатая» форма оказывается еще более опасной и трудной для лечения. Получается парадокс: вирусы вроде бы уничтожают бактерию, но одновременно могут способствовать появлению разновидности, более патогенной для человека.
Авторы исследования предлагают использовать коктейли из разных бактериофагов, способных атаковать и гладкие, и шероховатые варианты микроба. Это должно снизить вероятность того, что бактерия просто сменит «боевую форму» и уйдет от вирусной атаки.
Просвечивающая электронная микрофотография бактериофага, прикрепленного к клетке M. abscessus. Фото: Национальный университет СингапураУ синегнойной палочки обнаружили микроскопический гарпун
Третья находка относится уже к другой опасной бактерии — Pseudomonas aeruginosa, или синегнойной палочке. У нее есть специальная система секреции T6SS, которую ученые сравнивают с миниатюрной пушкой или гарпуном. Она позволяет бактерии впрыскивать токсины в конкурирующие микроорганизмы и клетки хозяина.
Исследователи из Наньянского технологического университета и Имперского колледжа Лондона выяснили, как это оружие заряжается. Сначала белок Hcp захватывает токсин. Затем вокруг него собираются дополнительные белки, формируя кольцо. Такие кольца складываются в длинную трубку.
Когда конструкция сокращается, трубка буквально выстреливает наружу и доставляет токсичный груз в клетку-мишень. Причем в один «выстрел» бактерия способна загрузить не один токсин, а целый набор.
Исследование этого механизма опубликовано в Nature Microbiology.
Белки Hcp инкапсулируют токсин, и эти комплексы образуют длинную трубку, которая сокращается для доставки токсина в клетку-мишень. Фото: Имперский колледж Лондона и Национальный университет Сингапура.Для медиков здесь появляется интересная идея: вместо уничтожения бактерии можно попытаться ее обезоружить. Если перекрыть механизм загрузки токсинов, микроб потенциально станет менее опасным и потеряет часть способности конкурировать с другими бактериями и противостоять иммунной системе.
Таким образом, исследователи предлагают сразу три направления борьбы с устойчивыми бактериями:
- Лишить их энергии, блокировав доставку АТФ
- Не дать приспособиться к бактериофагам
- Вывести из строя молекулярное оружие
Универсальной таблетки от супербактерий это пока не дает, но показывает: даже у самых упрямых микробов есть кнопки, на которые можно надавить.
Pseudomonas aeruginosaПохожие темы уже появлялись на Hi-Tech Mail. Мы рассказывали о том, как бактерии используют древние вирусы в качестве своеобразных курьеров для передачи генов, а также о том, как бактериофаги могут одновременно и уничтожать сальмонеллу, и распространять ее генетические особенности.
Еще один материал посвящен «приманкам» из ДНК, которые бактерии создают для перехвата вирусных атак. Война в микромире не затихает ни на минуту.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
