Существует множество различных сценариев, в которых микроорганизмы подвергаются воздействию высокореактивных молекул, известных как свободные радикалы. Эти молекулы способны повреждать важные компоненты клетки и могут образовываться в ходе нормального клеточного метаболизма или в ответ на факторы окружающей среды. Свободные радикалы играют значительную роль в эффективности антибиотиков, развитии заболеваний и нормальном функционировании иммунной системы человека. Группа исследователей из Charité - Universitätsmedizin Berlin обнаружила ранее неизвестный механизм, позволяющий микроорганизмам защищаться от свободных радикалов. Их выводы могут помочь улучшить эффективность противомикробных веществ. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature.
Термин «свободные кислородные радикалы» относится к высокореактивным молекулам кислорода, которые способны повреждать ряд важных клеточных структур, таких как белки, ДНК и клеточные мембраны. Хотя свободные радикалы представляют собой разрушительную силу, человеческий организм научился их использовать. Некоторые клетки иммунной системы человека вырабатывают свободные радикалы в рамках своей борьбы с вторгающимися микроорганизмами. Метаболические процессы также приводят к образованию свободных радикалов, когда микробные клетки вступают в контакт с антибиотиками. Это важный фактор их деятельности. Микроорганизмы разработали различные механизмы для перехвата и нейтрализации этих высокореактивных молекул, чтобы отразить атаку иммунной системы. Международная группа исследователей во главе с профессором доктором Маркусом Ральсером, директором Института биохимии Шарите, смогла показать, что у микроорганизмов есть еще одна, ранее неизвестная защитная стратегия. По сравнению с ранее задокументированными механизмами эта стратегия может оказаться особенно эффективной.
Исследователи начали свои исследования, используя пекарские дрожжи в качестве модельного организма, наблюдая, что дрожжевые клетки накапливают большое количество лизина, строительного блока, используемого в производстве дрожжевых белков. После поглощения из окружающей среды лизин сохранялся в количествах, в 70-100 раз превышающих те, которые необходимы для нормального роста. Используя математическое моделирование и генетический анализ, чтобы определить цель этого «сбора лизина», исследователи обнаружили, что дрожжевые клетки используют накопленный лизин для изменения собственного метаболизма. Одним из последствий этой реконфигурации стало производство необычайного количества глутатиона, одной из наиболее важных молекул, удаляющих радикалы, встречающихся в живых организмах. Было показано, что после сбора лизина дрожжевые клетки обладают значительно повышенной устойчивостью к свободным радикалам. Это позволило им разрушить количество свободных радикалов, которое обычно приводило бы к гибели клеток. Исследователи продемонстрировали, что этот механизм устойчивости используется не только различными видами дрожжей, но и бактериями.
«Наше исследование показывает, что микроорганизмы поглощают питательные вещества из окружающей среды не только для обеспечения роста, но и в качестве меры предосторожности, чтобы подготовиться к потенциальной атаке свободных радикалов», - объясняет профессор Ральсер. «Эти знания могут оказаться полезными в будущем; если нам удастся разрушить этот механизм резистентности, мы потенциально сможем повысить эффективность противомикробных веществ». С этой целью исследовательская группа продолжит свою работу. «Мы также будем искать другие неизвестные механизмы резистентности. Ведь понимание фундаментальных клеточных процессов является необходимым условием для разработки антимикробных веществ."