В новом исследовании, опубликованном в Журнале биологической химии (JBC), исследователи из Университета Нотр-Дам и Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн обнаружили, что бактерия Pseudomonas aeruginosa, патоген, вызывающий пневмонию, сепсис и другие инфекции, передает сигналы бедствия внутри группы бактерий в ответ на определенные антибиотики. Было обнаружено, что эта коммуникация варьируется в зависимости от колонии и предполагает, что эта бактерия может развивать защитное поведение, которое способствует ее способности переносить некоторые антибиотики.
«Общее непонимание того, как сообщества бактерий, таких как условно-патогенный микроорганизм P. aeruginosa, реагируют на антибиотики», - сказала Нидия Моралес-Сото, старший научный сотрудник в области гражданского строительства, экологического строительства и наук о Земле (CEEES) в Университете Нотр-Дам и ведущий автор статьи. «Большая часть того, что мы знаем, получена из исследований стационарных сообществ биопленок, в то время как меньше известно заранее о процессе, когда бактерии колонизируются, распространяются и растут. В этом исследовании наша исследовательская группа специально рассмотрела поведение бактерий в этот период и то, что это может означать устойчивость к антибиотикам."
Сообщаемое поведение было вызвано тобрамицином, антибиотиком, обычно используемым в клинических условиях, и приводило к двойному сигналу. Когда этот антибиотик был применен к колонии P. aeruginosa, бактерии продуцировали сигнал в локализованной области колонии - сигнал хинолона Pseudomonas (PQS), который, как известно, возникает, - а также второй ответ в масштабах всего сообщества, известный как алкилгидроксихинолин (AQNO).
Команда нанесла на карту производство каждой реакции в пространстве и определила, что P. aeruginosa способна производить PQS в небольших очагах при значительно более высоких концентрациях, чем было зафиксировано ранее. Эти результаты помогли обеспечить выбор статьи в качестве «Выбора редактора» JBC, признания, присуждаемого только 2 процентам лучших рукописей, опубликованных в журнале за данный год.
Исследование показало, что PQS и AQNO представляют собой независимо регулируемые ответы, которые намеренно передают разные сообщения. Кроме того, это означает, что тип бактерий может иметь некоторую способность защищать колонию от некоторых внешних токсинов, пока бактерии все еще находятся в фазе колонизации.
Хотя реакция AQNO, идентифицированная в статье, является поведением, зависящим от стресса, это настолько новое химическое сообщение, что оно еще не было окончательно обозначено как сигнал. Хотя, основываясь на наших выводах, мы полагаем, что это является», - сказал Джошуа Шраут, доцент CEEES и по совместительству доцент биологических наук в Университете Нотр-Дам и соавтор статьи.«Тем не менее, эта работа открывает новое окно в понимании поведения P. aeruginosa и, возможно, того, как эта бактерия способствует толерантности к антибиотикам».
Исследование, которое финансировалось Национальным институтом здравоохранения, позволило выявить уникальную поведенческую реакцию бактерий благодаря отличительному методу исследования команды. Группа использовала как рамановскую спектроскопию, так и масс-спектрометрию, чтобы выполнить преднамеренный анализ, пиксель за пикселем, из сотен тысяч пикселей в их химических изображениях. Этот подробный процесс позволил исследователям идентифицировать две различные химические реакции бактерий на тобрамицин, которые в противном случае можно было бы легко пропустить. Этот метод также является уникальным процессом, разработанным этой конкретной группой исследователей.