Когда ученые тестируют антибиотики в лаборатории, они обычно создают идеальные, стерильные условия. Но внутри человеческого тела все иначе. Новое исследование лаборатории Левина из Вашингтонского университета, как сообщает Рhys Оrg, вскрыло тревожный факт: даже небольшое изменение кислотности способно кардинально изменить поведение бактерий и их реакцию на лечение.
В центре внимания — Klebsiella pneumoniae, один из самых опасных и устойчивых к антибиотикам патогенов в мире. Исследователи решили выяснить, что происходит с этой бактерией, когда она оказывается в слабокислой среде, похожей на ту, что возникает в тканях человека при активной инфекции. Результат оказался шокирующим: при pH 5 бактерия становилась в 64 раза более устойчивой к бета-лактамным антибиотикам — самым широко назначаемым препаратам.
Бета-лактамы разрушают бактерию, подавляя синтез белков, необходимых для построения ее клеточной стенки. Эти белки называются PBP. Без них микроб не может делиться и погибает. Однако у K. pneumoniae обнаружился «запасной план».
«У Klebsiella pneumoniae есть резервный набор белков, участвующих в построении клеточной стенки, которые активируются, когда клетка попадает в кислую среду», — поясняет ведущий автор исследования Сара Бигл.
Эти дублирующие белки — PBP2PARA и PBP3PARA — начинают работать именно тогда, когда pH падает. Они берут на себя функции основных, делая бактерию нечувствительной к действию антибиотика. Ученые также выявили третий белок — PBP1b, который помогает микробу справляться со стрессом в кислых условиях.
Это открытие стало неожиданностью, ведь предыдущие исследования устойчивости проводились на кишечной палочке (E. coli), у которой такого «резерва» нет. «Это создает множество последствий для пересмотра того, как мы оцениваем устойчивость патогенов к антибиотикам», — подчеркивает Бигл.
Чтобы подтвердить гипотезу, исследователи подавили активность этих запасных белков. Когда они перестали вырабатываться, бактерия потеряла большую часть своей устойчивости. «PBP1b и PBP3PARA оказывают наибольшее влияние, их присутствие наиболее важно для клетки при низком pH», — отмечает ученый.
Эти результаты — и предупреждение, и подсказка. Они показывают, что стандартные лабораторные тесты могут давать ложное чувство безопасности. В будущем лаборатория Левина планирует расширить спектр условий для скрининга лекарств, включая не только pH, но и другие факторы, приближенные к реальным инфекциям.
«Конечная цель — найти соединения, которые мы сможем использовать вместе с нынешними антибиотиками для более эффективного уничтожения бактерий в условиях, приближенных к организму человека», — заключает Бигл.
Итоги работы опубликованное в журнале mBio.
Изображение: фазово-контрастные изображения дикого типа Klebsiella pneumoniae (слева) и мутанта с делецией гена PBP3PARA (справа), растущих на подкисленных питательных агаровых пластинках (pH 5). Автор фото: Сара Бигл.
