Ученые зафиксировали, как антибиотик пробивает «броню» бактерии
С помощью специального микроскопа исследователям удалось заснять взаимодействие антибиотика и кишечной палочки. Кадры высокой четкости показали, как препарат разрушает защитные структуры микроорганизма. Открытие может подсказать новые подходы в борьбе с коварными формами бактерий, которые благодаря замедленному метаболизму плохо реагируют на стандартную терапию.
Война с бактериями все чаще напоминает гонку вооружений: ученые создают новые антибиотики, а микробы — новые способы защиты. Особенно сложно бороться с так называемыми грамотрицательными бактериями. К этой группе относят возбудителей пневмонии, менингита, брюшного тифа и многих других опасных заболеваний.
Их главная сила — уникальное строение клеточной стенки. Это настоящая крепость. Внутри у бактерии есть основная цитоплазматическая мембрана. Но снаружи ее окружает вторая, очень прочная стена — внешняя мембрана. Ее главные строительные блоки — макромолекулы липополисахаридов. Они плотно упакованы и создают почти непробиваемый барьер для большинства лекарств. Именно эта защита делает грамотрицательные бактерии такими устойчивыми.
Когда обычные антибиотики бессильны, врачи вынуждены применять тяжелую артиллерию — препараты группы полимиксинов. Их используют как последнее средство спасения. Ученые давно знали, что полимиксины каким-то образом атакуют внешнюю мембрану грамотрицательной бактерии, но детали этого процесса оставались загадкой. Исследователи не до конца понимали «механизм убийства» и не могли объяснить, почему иногда даже эти мощные препараты терпят неудачу.
Группа британских ученых под руководством биолога Эндрю Эдвардса (Andrew Edwards) из Имперского колледжа Лондона попыталась подробно разобраться в этом вопросе. Результаты своей работы ученые представили в журнале Nature Microbiology.
Эдвардс и его коллеги применили комбинацию биохимических методов с использованием сканирующего атомно-силового микроскопа. Этот тип микроскопии позволяет различать объекты размером в несколько нанометров. Крошечная игла, как сверхчувствительный палец, ощупывает поверхность клетки и создает ее детализированное трехмерное изображение.
Ученые направили этот мощный инструмент на кишечную палочку Escherichia coli — классическую грамотрицательную бактерию. Они обработали ее полимиксином B (один из двух основных клинически используемых полимиксинов наряду с колистином).
На глазах у исследователей на идеально гладкой поверхности клетки начали появляться странные выпуклости и вздутия. Эти бугры прорывались наружу, словно пузыри. А уже через несколько минут после их появления бактерия начинала стремительно терять свои защитные липополисахариды. Ученые напрямую обнаружили эти молекулы в питательном растворе, где плавала бактерия.
Выяснилось, что антибиотик не разрушает клеточную стенку одним ударом, а действует как «сапер». Его присутствие сбивает бактерию с толку. Микроорганизм чувствует атаку на свою броню и в панике пытается усилить ее, спешно добавляя все новые и новые «кирпичи» липополисахаридов.
Здесь и кроется подвох. В этом аврале бактерия теряет контроль над процессом. Пока она добавляет новые кирпичи в одну часть стенки, одновременно теряет старые из других участков. В ее прочной обороне возникают временные бреши.
«Антибиотик работает как лом. Он помогает этим кирпичам выпадать из стенки. Внешняя мембрана при этом не распадается целиком; вместо этого в ней образуются локальные дефекты — сквозные участки, через которые антибиотик добирается до внутренней мембраны и там наносит смертельный удар», — объяснил Эдвардс.
Однако у этой истории есть и вторая, еще более важная глава. Ученые наконец поняли, почему полимиксин B иногда не срабатывает. Оказалось, весь описанный механизм работает только против активных, растущих бактерий.
Микроорганизмы — хитрые противники. Когда условия становятся неблагоприятными, например, исчезают питательные вещества, они могут впадать в состояние покоя, своего рода спячку. В этом состоянии их метаболизм замедляется, они не растут и не размножаются, но и не умирают, а просто ждут.
Эдвардс и его коллеги выяснили, что спящие бактерии перестают производить свою броню. А раз строительство остановилось, то и полимиксин B не может ничего поделать. Ему не на что воздействовать. Бактерия в спячке становится невидимой для лекарства.
Но и против этой уловки ученые нашли прием. Специалисты попробовали «разбудить» спящие E. coli, добавив в среду сахар — простой источник питания. Эксперимент увенчался успехом. Бактерии вышли из спячки и в течение 15 минут возобновили производство липополисахаридов. В тот же момент полимиксин B снова стал эффективным и уничтожил их.
По мнению авторов научной работы, теоретически можно попытаться пробуждать спящие бактерии в организме пациента с помощью определенных сахаров, чтобы затем убить их полимиксином. Но в этом есть риск. Пробуждение спящих патогенов с помощью сахаров может привести к их быстрому размножению и резкому обострению болезни.
Более перспективный путь — использовать полученные знания для разработки комбинированной терапии. Можно создать препараты, которые будут одновременно атаковать бактерию по нескольким направлениям. Одни лекарства будут обходить состояние спячки, не пробуждая микроорганизмы, а другие — наносить точный удар через механизм, который теперь ученым полностью ясен. Такой подход, вероятно, поможет справиться даже с самыми устойчивыми патогенами.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии