Кожная бактерия Staphylococcus aureus часто развивает устойчивость к антибиотикам. Затем это может вызвать инфекции, которые трудно лечить. Исследователи из Боннского университета открыли оригинальный способ, с помощью которого определенный штамм золотистого стафилококка защищает себя от важного антибиотика ванкомицина. Результаты опубликованы в журнале Microbiology Spectrum.
В ходе исследования ученые исследовали развитие резистентности штамма Staphylococcus aureus, который безвреден для человека. Для этого штамм выращивали в лаборатории на питательных средах, к которым добавляли последовательно возрастающие количества ванкомицина. Стафилококки - быстро мутирующие бактерии. У изученного штамма также отсутствует механизм, который обычно восстанавливает эти генетические изменения. Это означает, что он особенно быстро приобретает новые свойства, в том числе связанные с большей толерантностью к ванкомицину. В присутствии антибиотика выживают только эти мутанты.
«Это дало нам штамм в течение восьми недель, который смог справиться с более чем 100-кратным увеличением концентрации антибиотика», - объясняет профессор, доктор Габриэле Бирбаум из Института медицинской микробиологии, иммунологии. и паразитологии в университетской больнице Бонна. Теперь исследователи хотели выяснить, как штамм с обозначением VC40 справляется с этим.
Молекулярный защитный костюм
Бактерии - это одноклеточные организмы, заключенные в тонкую мембрану из липидов. Это почти так же деликатно, как мыльный пузырь, и внутреннее давление стафилококковой клетки лопнуло бы мембрану. Мембрана, таким образом, окружена клеточной стенкой, которая окружает бактерию наподобие чрезвычайно прочной защитной одежды. Эта стенка состоит из нескольких слоев углеводных цепей, сшитых пептидами - пептидогликанами. Это создает прочную ткань.
Стафилококки и другие бактерии производят основные строительные блоки этой ткани внутри клетки, а затем транспортируют их через мембрану. Антибиотик ванкомицин улавливает их там и предотвращает их встраивание в стенку. В результате клетки погибают.
«Наш штамм бактерий имеет гораздо более толстую стенку, чем обычные стафилококки», - говорит Бирбаум. «Клеточная стенка также содержит множество молекулярных цепей, концы которых едва сшиты. Эти несшитые участки могут связывать ванкомицин». Таким образом, клеточная стенка действует как своего рода губка, которая впитывает антибиотик и не дает ему достичь мембраны. В то же время связанный ванкомицин закупоривает поры этой губки и тем самым затрудняет путь к мембране.
Опасные ножницы: автолизины
Однако за эту стратегию приходится платить: «Стена ослабляется из-за того, что она менее сшита», - объясняет Майкл Хорт, аспирант исследовательской группы Бирбаума. «Поэтому его легче разрушить определенными ферментами, называемыми аутолизинами». Например, аутолизины необходимы бактериям во время размножения: они разрезают клеточную стенку во время клеточного деления и обеспечивают разделение клеток. Даже по мере роста клетки молекулярные ножницы продолжают открывать швы защитного костюма, чтобы можно было вставить новые участки пептидогликана. Поэтому аутолизины очень важны.
Однако они представляют угрозу для бактерий с ослабленными клеточными стенками. Исследователи смогли показать, как стафилококковый штамм защищается от этого с помощью одного из наиболее важных аутолизинов: S. aureus VC40 модифицирует специфический компонент клеточных стенок, тейхоевые кислоты стенок. Они играют лишь незначительную роль в нормальном сшивании и выполняют другие задачи. Штамм S. aureus VC40 связывает определенные молекулы сахара с тейхоевыми кислотами. Это позволяет им ингибировать связывание аутолизина с клеточной стенкой. «Мы создали дочерний штамм S. aureus VC40, который не включает эти молекулы сахара», - говорит Бирбаум. «Это сделало его почти в 20 раз более восприимчивым к ванкомицину».
Новый взгляд на развитие резистентности
Стафилококки можно найти во многих местах, в том числе на коже большинства людей. Обычно они там безобидны. Однако если они попадают в раны или в кровоток, они могут вызывать тяжелые инфекции. Так называемые штаммы MRSA (аббревиатура расшифровывается как «метициллин-резистентный золотистый стафилококк») часто устойчивы к нескольким антибиотикам, и поэтому их трудно контролировать.
«Наше исследование показывает, как мутации могут дополнять друг друга таким сложным образом, что в результате штамм развивает выраженную устойчивость», - объясняет Габриэле Бирбаум.«Таким образом, это расширяет наше понимание того, как стафилококки адаптируются к окружающей среде посредством спонтанных генетических изменений и избегают воздействия антибиотиков».
Участвующие учреждения и финансирование:
Кроме Боннского университета, в исследовании также участвовал Тюбингенский университет. Исследование финансировалось Немецким исследовательским фондом (DFG).