Центральным элементом понимания того, почему бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам, является знание того, как бактерии реагируют на лекарства, пытающиеся их убить. В новом исследовании исследователи из Бостонского колледжа сообщают, что антибиотики нарушают генетические защитные реакции у смертельных бактерий.
Сталкиваясь с обычной или исторической угрозой, такой как лишение питательных веществ, смертельная бактерия Streptococcus pneumoniae проявляет высокоорганизованный ответ, на который влияет генетическая эволюция бактерий и который питается генами, которые совместно реагируют на стресс, считают исследователи. найденный. Но при столкновении с антибиотиками - относительно новой формой стресса - бактерия выстраивает запутанную защиту, согласно исследованию «Антибиотики нарушают координацию между транскрипционными и фенотипическими реакциями на стресс у патогенных бактерий», опубликованному сегодня в журнале Cell Reports.
«Мы показываем, что питательный стресс приводит к высокоорганизованной реакции бактерий», - сказал доцент биологии Тим ван Опейнен, главный исследователь исследования. «Кажется, что он распознает стресс и знает, как с ним справиться.
«Но реакция на антибиотики была крайне дезорганизованной, что свидетельствует о том, что организм испытывает трудности с этим стрессом, пытаясь найти решение и преодолеть стресс», - сказал он. «Это показывает, что бактерия гораздо меньше знакома с антибиотиками, не «зная», как правильно реагировать».
Van Opijnen, чей сказал ван Opijnen. «Активность каждого гена всегда ассоциировалась с важностью. В течение почти трех десятилетий считалось, что если взять организм и подвергнуть его стрессу, а активность гена изменится, он должен быть важен».
Это предположение было трудно проверить, сказал ван Опейнен. Но с Tn-Seq ван Опейнен может оценить важность гена в конкретном состоянии.
«Мы обнаружили, что вы не можете предполагать, что изменение активности гена означает, что ген важен», - сказал ван Опейнен. По его словам, это было неожиданное открытие. В конце концов, почему могло бы произойти изменение в активности генов, если бы это не было важно для выживания организма?
Часть ответа может заключаться в совместной природе того, как гены работают во всем геноме бактериального штамма, сказал ван Опийнен. «Они сотрудничают и дополняют друг друга, чтобы выполнять функции, превращаясь в определенный фенотип», - сказал он. «Итак, существует взаимосвязь, поскольку все гены работают друг с другом в путях или сетях; они взаимодействуют друг с другом».
Исследователи построили метаболическую модель скоординированного ответа на депривацию, в которой реагирующие гены располагались в непосредственной близости друг от друга. При воздействии антибиотиков модель показывает, что реакция физической сети нарушается дезорганизацией, и эти гены больше не находятся в непосредственной близости.
«Бактерии используют эти типы регуляции для борьбы со стрессом», - сказал Чжу. «С точки зрения истощения питательных веществ, поскольку они реагировали на этот тип стресса в ходе своей эволюции, бактерии «знают», как координировать эту деятельность. Но с относительно новым инвазивным стрессором, таким как антибиотик, бактерии могут быть способен найти способ дать скоординированный ответ."
В поисках причин, по которым определенные виды бактерий становятся устойчивыми к антибиотикам, исследователи разработали новый подход к пониманию того, почему антибиотики успешно борются с бактериальными инфекциями.
«Сочетая вычислительную и крупномасштабную экспериментальную работу, мы построили модель, чтобы получить первое базовое представление о том, как известный и неизвестный стресс обрабатывается бактериями», - сказал ван Опейнен.«Это очень важно, потому что это делает его ступенькой к новому вмешательству в какой-то момент в будущем. Если мы сможем понять, как обрабатывается стресс, мы сможем придумать лучший способ разработать новый стрессор, чтобы сломать организм или искоренить его. это."