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 Дистанционное зондирование из космоса выявило 280 гигантских каменных кругов, разбросанных по пустыне Атбай в Судане. Исследователи пришли к выводу, что это погребальные сооружения, оставленные исчезнувшей культурой скотоводов. Эти люди пасли здесь стада в четвертом-третьем тысячелетии до нашей эры, когда климат в пустыне был более влажным.
Авторы нового исследования выяснили, почему летающие насекомые так не любят чеснок: в нем содержится органическое вещество, подавляющее процесс спаривания и откладывания яиц. Причем мух и комаров отпугивает не запах, а вкус чеснока, поскольку это соединение особым образом воздействует на вкусовые рецепторы.
Одни из самых таинственных явлений во Вселенной — мощные голубые вспышки — появляются внезапно, сияют почти как целые галактики и исчезают за считаные дни. Теперь астрономы, похоже, впервые приблизились к разгадке их происхождения: такие события могут возникать при слиянии нейтронной звезды или черной дыры с массивной звездой Вольфа — Райе.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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