Выявлена причина резистентности к антибиотикам

Выявлена причина резистентности к антибиотикам

На изображении: E-coli в этой L-форме бактерии хрупкие и более слабые, но некоторые выживают, прячась внутри тела

Ученые впервые подтвердили, что бактерии могут изменять форму, чтобы избежать обнаружения антибиотиками в организме человека

Исследуя образцы пациентов пожилого возраста с рецидивирующими инфекциями мочевыводящих путей (ИМП), команда Университета Ньюкасла использовала самые современные методики, чтобы определить, что бактерия может потерять свою клеточную стенку - общую цель многих групп антибиотиков.

Исследование, проведенное лабораторией Эррингтона (Errington lab), которое переворачивает с ног на голову текущее представление о способности бактерий выживать без клеточной стенки, известное как «переключение L-формы», было опубликовано в Nature Communications.

Всемирная организация здравоохранения определила устойчивость к антибиотикам как одну из самых больших угроз для глобального здравоохранения, продовольственной безопасности и развития.

Ведущий автор исследования, доктор Катаржина Мицкевич (Dr Katarzyna Mickiewicz), исследователь из Университета Ньюкасла, сказала: «Представьте, что стена похожа на бактерии, одетые в куртку с высокой посадкой. Это придает им правильную форму, например, стержень или сферу, делает их сильными и защищает их, но также делает их очень заметными - особенно для иммунной системы человека и антибиотиков, таких как пенициллин.

«То, что мы видели, это то, что в присутствии антибиотиков бактерии способны переходить от очень правильной формы стенок к совершенно случайному состоянию L-формы с дефицитом клеточной стенки - фактически, сбрасывая желтую оболочку и пряча ее внутрь самих себя.

«В этой форме организм не может легко распознать бактерии, поэтому не атакует их - как и антибиотики».

Что такое L-форма?

L-формы - это бактерии, частично или полностью лишённые клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию. Впервые обнаружены в 1894 г. Н. Ф. Гамалеем. Буква L - первая буква названия Листеровского института в Лондоне. Было показано, что L-формы возникают спонтанно или индуцировано - под воздействием агентов, блокирующих синтез клеточной стенки: антибиотиков, ферментов, УФ и рентгеновских  лучей, аминокислоты глицина. L-формы образуются в результате несбалансированного роста нормальных бактериальных клеток в длину и в толщину и поэтому полиморфны. В культурах L-форм обнаруживаются шаровидные, нитевидные или вовсе бесструктурные клетки размером от 0,2 до 50 мкм. В отличие от нормальных клеток L-формы часто содержат крупные вакуоли. Их метаболическая активность очень низкая. Клеточное деление происходит нестандартно, за счёт образования элементарных тел путём отпочкования от поверхности клетки или от мембраны вакуоли. Культивировать L-формы можно только на специальных средах, препятствующих осмотическому разрушению клеток. 

L-форма - хрупкая, но выживает

Исследование, в котором использовались образцы, полученные в результате сотрудничества с клиницистами в больнице Ньюкасл Фриман (Newcastle Freeman Hospital), организованное доктором Филлипом Олдриджем (Dr Phillip Aldridge) и доктором Джудит Холл (Dr Judith Hall), показывает, что когда антибиотики присутствуют - например, у пациента с ИМП, получающего пенициллин или другой антибиотик, нацеленный на клеточную стенку, - тогда бактерии имеют способность изменять форму, теряя клеточную стенку, которая часто является мишенью антибиотика.

В предыдущей публикации, появившейся в Cell в 2018 году, команда лаборатории Эррингтона продемонстрировала, что наша иммунная система также может в некоторой степени вызывать переключение L-формы, но лечение антибиотиками имеет гораздо более глубокий эффект. Текущее исследование показало, что L-формы различных видов бактерий, обычно ассоциированных с ИМП, включая E. coli, Enterococcus (энтерококки), Enterobacter (энтеробактерии) и Staphylococcus (стафилококки), были обнаружены у 29 из 30 пациентов, вовлеченных в исследование.

В этой L-форме бактерии хрупкие и слабые, но некоторые выживают, прячась в теле.

Исследование также впервые запечатлело на видео, что бактерии L-формы, выделенные от пациента с ИМП, повторно формируют клеточную стенку всего за 5 часов после того, как антибиотик ушел. Команда также смогла показать с помощью прямой микроскопии на модели прозрачных аквариумных рыбок данио-рерио, что переключение L-формы возможно в контексте всего живого организма, а не только в искусственных условиях в лаборатории.

На изображении: Флуоресцентно меченые нейтрофилы (иммунные клетки рыбки данио-рерио), маркирующие присутствие бактерий

Доктор Мицкевич объяснила: «У здорового пациента это, вероятно, будет означать, что оставшиеся бактерии L-формы будут уничтожены иммунной системой их хозяев. Но у ослабленного или пожилого пациента, как в наших образцах, бактерии L-формы могут выжить, а затем они могут реформировать клеточную стенку, и пациент снова столкнется с новой инфекцией. И это может быть одной из основных причин, почему мы видим людей с рецидивирующими ИМП.

«Для врачей это может означать рассмотрение комбинированного метода лечения - например, антибиотика, который атакует клеточную стенку, а затем антибиотика другого типа для скрытых бактерий L-формы, который нацелен на внутренние РНК или ДНК или даже на окружающую мембрану».

Диагностика L-форм

Исследование также показало, что бактерии L-формы трудно идентифицировать с помощью традиционных методов, применяемых в больнице, поскольку используемый гель «выталкивает» бактерии, когда они вводятся в него.

Для поддержки более слабых бактерий L-формы, чтобы их можно было идентифицировать в лаборатории, требовался специальный осмопротекторный метод обнаружения.

Команда будет продолжать исследования с испытаниями на пациентах, которые прошли лечение.

Источник: Материалы предоставлены Newcastle University. 

Статья в журнале: Katarznya Mickiewicz et al. Possible role of L-form switching in recurrent urinary tract infection. Nature Communications, 2019