Земля является планетой бактерий, которые обитают повсюду, в том числе и внутри человека. Большинство из этих организмов безвредны, но некоторые могут вызывать опасные инфекции. С появлением антибиотиков казалось, что проблема решена. Однако микроорганизмы эволюционируют быстрее, чем появляются новые препараты.
В поисках решения исследователи обратили внимание на цистеин — аминокислоту, необходимую для роста бактерий. В нормальных условиях она служит строительным материалом, но в стрессовых ситуациях начинает накапливаться и становится токсичной для клеток. Однако некоторые микробы способны выживать, что говорит о наличии у них защитного механизма против этой токсичности.
Ранее этот процесс оставался непонятным, так как из-за разрозненных исследований не было ясности, универсален ли этот механизм для различных бактерий. Чтобы выяснить, как именно он работает, ученые из Пермского Политеха вместе с коллегами из Уральского отделения РАН провели эксперимент, чтобы определить, какое вещество помогает микроорганизмам противостоять антибиотикам.
Ответ на этот вопрос может определить стратегию разработки новых медикаментов. Если у каждого микроба есть свой уникальный механизм защиты, то для борьбы с инфекциями необходимо будет каждый раз находить индивидуальный подход к конкретному возбудителю. Однако, если существует единый принцип выживания, то у всех бактерий может быть общее слабое место. Воздействуя на него, можно создать препараты, способные эффективно действовать против различных бактерий, независимо от их вида.
В результате исследований ученые установили, что у кишечной палочки присутствует уникальное вещество — глутатион (защитная молекула, нейтрализующая токсины и помогающая клетке справляться со стрессом). Он выполняет роль защитного буфера, поглощая и нейтрализуя избыток токсинов: впитывает лишний ядовитый цистеин и удерживает его внутри клеток, предотвращая разрушительное воздействие токсина. У сенной палочки глутатиона нет, поэтому она вынуждена выходить из положения, экстренно превращая цистеин в сероводород и выбрасывая его наружу. Однако этот процесс требует значительных энергетических затрат и может привести к гибели клетки.
«Чтобы окончательно убедиться, что причина именно в глутатионе, мы проверили мутантную кишечную палочку, то есть штамм, у которого специально отключили ген, отвечающий за производство глутатиона. И она повела себя точно так же, как сенная: без защитного буфера бактерия не смогла сдерживать яд внутри и перешла в режим аварийного сброса сероводорода, что привело к потере энергии и гибели клеток», — рассказала ассистент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Любовь Сутормина.
Полученные результаты открывают новые пути для разработки стратегий противодействия супербактериям. В дальнейшем метаболизм тиолов, особенно глутатиона, может стать перспективной мишенью для создания новых препаратов. Оба подхода приведут к самоуничтожению бактерий, что сделает даже существующие антибиотики снова эффективными. Таким образом, исследование пермских ученых предоставляет медицине новую цель для разработки лекарств против устойчивых инфекций.
Статья полностью опубликована в журнале «Archives of Microbiology».
