У дослідників є дані про інший метод, який бактерії використовують для уникнення антибіотиків. Sirirat / Shutterstock

Широке застосування антибіотиків значною мірою винне у появі бактерій, стійких до антибіотиків, що є в даний час одна з найбільших загроз до глобального здоров'я. Мало того, що резистентність до антибіотиків вже викликає за підрахунками смертей від 700,000 на рік, це також зробило численні інфекції, включаючи пневмонію, туберкульоз та гонорею, важче лікувати. Не знаючи, як уберегти бактерії від розвитку резистентності до антибіотиків, передбачається, що профілактичні захворювання можуть спричинити 10m смертей на рік по 2050.

Деякі способи, які бактерії стають стійкими до антибіотиків відбувається через зміни геному бактерій. Наприклад, бактерії можуть викачувати антибіотики, або вони можуть руйнувати антибіотики. Вони також можуть перестати рости і ділитися, що ускладнює їх помітність для імунної системи.

Тим не менш, наші дослідження зосередив увагу на іншому маловідомому методі, який використовують бактерії, щоб стати стійкими до антибіотиків. Ми безпосередньо показали, що бактерії можуть «змінити форму» в організмі людини, щоб уникнути націлювання антибіотиків - процесу, який не потребує генетичних змін, щоб бактерії продовжували рости.

Практично всі бактерії оточені структурою, яка називається клітинною стінкою. Стіна схожа на товсту куртку, яка захищає від стресів навколишнього середовища і запобігає розриву клітини. Він надає бактеріям правильну форму (наприклад, стрижень або куля) і допомагає їм ефективно ділитися.

Людські клітини не мають клітинної стінки (або "кожуха"). Через це імунній системі людини легко розпізнати бактерії як ворога, оскільки її клітинна стінка помітно відрізняється. Оскільки клітинна стінка існує в бактеріях, але не в людині, це відмінна ціль для деяких наших найкращих і найбільш часто використовуваних антибіотиків, таких як пеніцилін. Іншими словами, антибіотики, націлені на стінку, можуть вбивати бактерії, не завдаючи нам шкоди.

Однак бактерії можуть періодично виживати без своєї клітинної стінки. Якщо навколишні умови здатні захистити бактерії від розриву, вони можуть перетворитися на так звані "L-форми", які є бактеріями, що не мають клітинної стінки. Ці бактерії були виявлені в 1935 Еммі Клінебергер-Нобель, яка назвала їх на честь Інституту Лістера, де вона працювала в той час.

У лабораторії ми часто використовуємо цукор для створення належно захисного середовища. У людському організмі ця зміна форми зазвичай викликається антибіотиками, які націлюють на клітинні стінки бактерій, або певними імунними молекулами - наприклад, лізоцим, молекула, яка присутня в наших сльозах, яка допомагає захистити нас від бактеріальних інфекцій.

Бактерії без клітинної стінки часто стають крихкими і втрачають свою регулярну форму. Однак вони також стають частково непомітними для нашої імунної системи та повністю стійкі до всіх видів антибіотиків, які спеціально орієнтуються на клітинну стінку.

Вчені давно підозрювали, що перехід L-форми може сприяти повторним зараженням, допомагаючи бактеріям сховатися від імунної системи та протистояти антибіотикам. Однак було важко знайти докази цієї теорії через невловимий характер L-форм та відсутність відповідних методів їх виявлення.

Спостерігаючи, як бактерії змінюють форму

Наше дослідження, опубліковані в Nature Communications, спеціально розглядали бактеріальні види, пов'язані з рецидивуючими інфекціями сечовивідних шляхів (ІПС). Він встановив, що багато різних видів бактерій - у тому числі E. палички та ентерокок - дійсно можуть виживати як L-форми в організмі людини. Це те, що раніше ніколи не було безпосередньо доведено. Нам вдалося виявити ці підлі бактерії за допомогою флуоресцентних зондів, які розпізнають бактеріальну ДНК.

Ми перевірили зразки сечі у літніх пацієнтів з рецидивуючими ІПС, вирощуючи їх у чашці Петрі з високим вмістом цукрів. Це середовище не тільки допомогло захистити бактерії від розриву, але також виділило бактерії у формі L, які були присутні у цих зразках. В окремому експерименті нам вдалося побачити, як весь процес відбувається в живих ембріонах зебрафій за наявності антибіотиків.

Після видалення антибіотика бактерії перетворилися назад з L-форм у звичайну форму з клітинними стінками. (Кредит університету Ньюкасл, Великобританія)

Важливо, що наше дослідження показує, що антибіотики потрібно перевірити в умовах, що відображають людський організм. Ті, які зараз використовуються в медичній лабораторії, не забезпечують достатнього захисту делікатних L-форм, щоб вижити.

Перш ніж ми зможемо повністю зрозуміти, наскільки важливим є переключення форми L у порівнянні з іншими формами стійкості до антибіотиків, знадобляться подальші дослідження з використанням більшої кількості пацієнтів. Також важливо буде дослідити, яку роль можуть грати L-форми при інших рецидивних інфекціях, таких як сепсис або легенева інфекція.

До цих пір дослідження L-форм були суперечливим полем, але ми сподіваємось, що ці результати мотивуватимуть більше досліджень Л-форм у хворобливих ситуаціях. Ми сподіваємось, що ці результати допоможуть знайти спосіб очистити ці підлі бактерії з нашого організму. Поєднання антибіотиків, що діють на клітинній стінці, з антибіотиками, які б знищували L-форми, може бути одним із рішень боротьби з антибактеріальною резистентністю.

Наша битва з бактеріями триває. Коли ми придумуємо нові стратегії боротьби з ними, вони придумують способи протистояти. Наше дослідження підкреслює ще один спосіб адаптації бактерій, який нам потрібно враховувати в нашій постійній боротьбі з інфекційною хворобою.

Про автора

Катажина Міцкевич, Науковий співробітник університету Ньюкасла, Університет Ньюкасла

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

books_health