Бактерии могут меняться внутри нас, чтобы победить антибиотики

Новые данные показывают, что коварные клетки позволяют таким заболеваниям, как ИМП, вспыхивать снова и снова.

Отредактировано 2023-15-06
Фото болезней

Широкое применение антибиотиков в значительной степени виновато в появлении устойчивых к антибиотикам бактерий, которые в настоящее время являются одной из самых больших угроз для здоровья людей во всем мире. Мало того, что устойчивость к антибиотикам уже является причиной примерно 700 000 смертей в год, она также привела к тому, что многие инфекции, включая пневмонию, туберкулез и гонорею, стали труднее поддаваться лечению. Если не знать, как остановить развитие устойчивости бактерий к антибиотикам, то, по прогнозам, к 2050 году предотвратимые заболевания могут стать причиной 10 миллионов смертей в год.

Некоторые из способов, с помощью которых бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам, - это изменения в геноме бактерии. Например, бактерии могут выкачивать антибиотики или разрушать их. Они также могут перестать расти и делиться, что затрудняет их обнаружение иммунной системой.

Однако наше исследование было сосредоточено на другом малоизвестном способе, который используют бактерии, чтобы стать устойчивыми к антибиотикам. Мы напрямую показали, что бактерии могут "менять форму" в человеческом теле, чтобы избежать воздействия антибиотиков - процесс, который не требует генетических изменений для продолжения роста бактерий.

Практически все бактерии окружены структурой, называемой клеточной стенкой. Стенка похожа на толстую оболочку, которая защищает от стрессов окружающей среды и не дает клетке разорваться. Она придает бактериям правильную форму (например, палочки или сферы) и помогает им эффективно делиться.

Клетки человека не имеют клеточной стенки (или "оболочки"). Поэтому иммунной системе человека легко распознать бактерию как врага, так как ее клеточная стенка заметно отличается. А поскольку клеточная стенка существует у бактерий, но не у человека, она является отличной мишенью для некоторых из наших лучших и наиболее часто используемых антибиотиков, таких как пенициллин. Другими словами, антибиотики, нацеленные на стенку, могут убивать бактерии, не причиняя вреда нам.

Несмотря на это, бактерии иногда могут выживать без клеточной стенки. Если окружающие условия способны защитить бактерии от разрыва, они могут превратиться в так называемые "L-формы" - бактерии, не имеющие клеточной стенки. Эти бактерии были открыты в 1935 году Эмми Клинебергер-Нобель, которая назвала их в честь института Листера, где она в то время работала.

В лаборатории мы часто используем сахар для создания подходящей защитной среды. В человеческом организме такое изменение формы обычно вызывается антибиотиками, направленными против клеточной стенки бактерии, или определенными иммунными молекулами, такими как лизоцимы, которые присутствуют в наших слезах и помогают защитить нас от бактериальных инфекций.

Бактерии без клеточной стенки часто становятся хрупкими и теряют свою правильную форму. Однако они также становятся частично невидимыми для нашей иммунной системы и полностью устойчивыми ко всем видам антибиотиков, которые направлены именно на клеточную стенку.

Ученые давно подозревали, что переключение L-форм может способствовать рецидивирующим инфекциям, позволяя бактериям скрываться от иммунной системы и сопротивляться антибиотикам. Но было трудно найти доказательства этой теории из-за неуловимой природы L-форм и отсутствия соответствующих методов их обнаружения.

Наблюдение за тем, как бактерии меняют форму

Наше исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, было посвящено изучению видов бактерий, связанных с рецидивирующими инфекциями мочевыводящих путей (ИМП). Оно показало, что многие виды бактерий, включая E. coli и Enterococcus, действительно могут выживать в человеческом организме в виде L-форм. Это то, что никогда ранее не было доказано напрямую. Мы смогли обнаружить эти коварные бактерии с помощью флуоресцентных зондов, распознающих бактериальную ДНК.

Мы протестировали образцы мочи пожилых пациентов с рецидивирующими ИМП, вырастив их в чашке Петри с высоким содержанием сахара. Эта среда не только помогла защитить бактерии от разрыва, но и выделила L-формы бактерий, которые присутствовали в этих образцах. В отдельном эксперименте мы смогли увидеть, как весь этот процесс происходит в живых эмбрионах зебрафиш в присутствии антибиотиков.

Важно отметить, что наше исследование показывает, что антибиотики необходимо тестировать в условиях, более соответствующих человеческому организму. Те, которые сейчас используются в медицинских лабораториях, не обеспечивают достаточной защиты для выживания нежных L-форм.

Прежде чем мы сможем полностью понять, насколько важно переключение L-форм по сравнению с другими формами антибиотикорезистентности, потребуются дальнейшие исследования с участием большего числа пациентов. Также важно изучить, какую роль L-формы могут играть в других рецидивирующих инфекциях, таких как сепсис или легочные инфекции.

До сих пор исследования L-форм были спорной областью, но мы надеемся, что эти результаты станут стимулом для проведения большего количества подобных исследований в ситуациях заболевания. Мы также надеемся, что эти результаты помогут найти способ очистить наш организм от этих коварных бактерий. Сочетание антибиотиков, действующих на клеточные стенки, с антибиотиками, убивающими L-формы, может стать одним из решений для борьбы с инфекциями, устойчивыми к антибиотикам.

Наша битва с бактериями продолжается. Пока мы придумываем новые стратегии борьбы с ними, они придумывают способы борьбы с ними. Наше исследование выявило еще один способ адаптации бактерий, который мы должны учитывать в нашей продолжающейся борьбе с инфекционными заболеваниями.

Катажина Мицкевич - научный сотрудник Университета Ньюкасла.