Учитывая постоянно растущий процент бактерий, устойчивых к антибиотикам, возрастает интерес к медицинскому использованию плазмы. В сотрудничестве с коллегами из Киля исследователи из Рурского университета Бохума (RUB) исследовали, могут ли бактерии стать невосприимчивыми к плазме. Они идентифицировали 87 генов бактерии Escherichia coli, которые потенциально защищают от эффективных компонентов плазмы. «Эти гены дают представление об антибактериальных механизмах плазмы», - говорит Марко Крюинг. Он является ведущим автором двух статей, опубликованных в этом году в Journal of the Royal Society Interface.
Коктейль из вредных компонентов стрессирует болезнетворные микроорганизмы
Плазма создается из газа, который накачивается энергией. Сегодня плазмы уже используются против полирезистентных патогенов в клинических применениях, например, для лечения хронических ран. «Плазма представляет собой сложный коктейль компонентов, многие из которых сами по себе действуют как дезинфицирующие средства», - объясняет профессор Джулия Бандоу, руководитель исследовательской группы RUB по прикладной микробиологии. УФ-излучение, электрические поля, атомарный кислород, супероксид, оксиды азота, озон и возбужденный кислород или азот воздействуют на возбудителей одновременно, вызывая значительный стресс. Как правило, патогены выживают всего несколько секунд или минут.
Чтобы выяснить, могут ли бактерии развить устойчивость к воздействию плазмы, как они это делают к антибиотикам, исследователи проанализировали весь геном модельной бактерии Escherichia coli, сокращенно E. coli, чтобы определить существующие защитные механизмы.«Устойчивость означает, что генетическое изменение заставляет организмы лучше адаптироваться к определенным условиям окружающей среды. Такая черта может передаваться от одного поколения к другому», - объясняет Джулия Бандоу.
У мутантов отсутствуют отдельные гены
Для своего исследования исследователи использовали так называемые нокаутные штаммы кишечной палочки. Это бактерии, у которых отсутствует один конкретный ген в их геноме, который содержит примерно 4000 генов. Исследователи подвергали каждого мутанта воздействию плазмы и следили за тем, продолжали ли клетки пролиферировать после воздействия.
«Мы продемонстрировали, что 87 нокаутных штаммов были более чувствительны к обработке плазмой, чем дикий тип с полным геномом», - говорит Марко Кревинг. Впоследствии исследователи проанализировали гены, отсутствующие в этих 87 штаммах, и определили, что большинство из этих генов защищают бактерии от воздействия перекиси водорода, супероксида и/или оксида азота.«Это означает, что эти компоненты плазмы особенно эффективны против бактерий», - уточняет Джулия Бандоу. Однако это также означает, что генетические изменения, приводящие к увеличению количества или активности соответствующих генных продуктов, в большей степени способны защитить бактерии от воздействия обработки плазмой.
Белок теплового шока повышает резистентность плазмы
Исследовательская группа в сотрудничестве с группой под руководством профессора Урсулы Джейкоб из Мичиганского университета в Анн-Арборе (США) продемонстрировала, что это действительно так: белок теплового шока Hsp33, кодируемый геном hslO, защищает белки кишечной палочки от агрегации при воздействии окислительного стресса. «Во время обработки плазмой этот белок активируется и защищает другие белки кишечной палочки и, следовательно, бактериальную клетку», - отмечает Бандоу. Увеличение объема одного только этого белка приводит к незначительному увеличению резистентности плазмы. Можно ожидать значительно большей резистентности плазмы при одновременном увеличении уровней нескольких защитных белков.