Ученые впервые увидели, как антибиотик взламывает броню бактерий

Впервые в мире ученые получили визуальное доказательство того, как антибиотики разрушают защитную оболочку опасных бактерий. Это открытие, сделанное исследователями из Университетского колледжа Лондона и Имперского колледжа Лондона, может помочь в борьбе с лекарственно-устойчивыми инфекциями. В центре исследования оказались антибиотики полимиксины, которые используются для борьбы с устойчивыми грамотрицательными бактериями, такими как кишечная палочка. Эти бактерии обладают чрезвычайно прочным внешним слоем, своего рода «броней», которая блокирует проникновение большинства существующих лекарств.

Точный механизм, с помощью которого этим антибиотикам удается нарушить целостность брони и уничтожить бактериальную клетку, долгое время оставался загадкой. Используя передовую атомно-силовую микроскопию для получения изображений высокого разрешения, научная группа наблюдала немедленную и разрушительную реакцию. Было зафиксировано, как антибиотик практически мгновенно вызывает выпячивания и вздутия на внешней поверхности клетки E. coli. Ученые описали это как фатальный акт саморазрушения со стороны бактерии: антибиотик заставляет клетку с огромной скоростью производить и одновременно сбрасывать элементы своей защитной оболочки. Этот стремительный процесс создает бреши в обороне бактерии, через которые антибиотик проникает внутрь и убивает ее.

Самым неожиданным открытием стало серьезное ограничение в действии антибиотика. Оказалось, что этот смертельный для бактерии процесс запускается только в том случае, если бактериальная клетка активна и растет. Однако если бактерии пребывают в спящем состоянии, выработка их защитной «брони» прекращается, и полимиксин теряет свою эффективность. Именно способность впадать в спячку является ключевой стратегией выживания бактерий, позволяя им уклоняться от лечения и впоследствии вызывать повторные инфекции, что объясняет, почему некоторые заболевания так трудно поддаются полному излечению.

Лабораторные эксперименты подтвердили, что Полимиксин B эффективно убивал активные E. coli, но был бессилен против спящих клеток. При этом антибиотик начинал действовать, когда спящим клеткам давали сахар, выступающий в роли источника пищи, однако эффект наступал лишь после 15-минутной задержки, необходимой бактериям, чтобы «проснуться» и возобновить производство своей внешней оболочки. Эти наблюдения показывают, что для оценки эффективности антибиотиков необходимо учитывать состояние бактерий. Полученные знания теперь направляют усилия ученых на разработку новых стратегий лечения, например, комбинирования терапии полимиксинами с препаратами, которые стимулируют производство бактериальной брони или пробуждают «спящие» бактерии, чтобы уничтожить и их тоже. Результаты исследования особенно актуальны на фоне того, что устойчивые к лекарствам инфекции ежегодно уносят более миллиона жизней.

Научная работа была опубликована в журнале Nature Microbiology.