Как антибиотики борются с бактериями и как бактерии прячутся от них

Широко распространенное использование антибиотиков во многом связано с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий, которые в настоящее время представляют собой одну из самых серьезных угроз для здоровья во всем мире. Устойчивость к антибиотикам уже не только приводит к смерти около 700 000 человек в год, но также усложняет лечение многочисленных инфекций, включая пневмонию, туберкулез и гонорею.

Не зная, как остановить развитие устойчивости к антибиотикам, бактериологи предсказывают, что уже к 2050 году заболевания такого рода могут стать причиной 10 миллионов смертей в год. Некоторые из способов, которыми бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам, представляют собой изменения в их геноме. Например, бактерии могут нейтрализовать или вовсе разрушать антибиотики. Они также могут на время перестать расти и делиться, что затрудняет их обнаружение для иммунной системы.

Тем не менее, недавнее исследование было сосредоточено на другом малоизвестном методе, который бактерии используют для достижения устойчивости к антибиотикам. Ученые доказали, что бактерии могут «менять форму» в организме человека, чтобы избежать воздействия антибиотиков — процесс, не требующий генетических изменений.

Дело в том, что практически все бактерии окружены структурой, называемой клеточной стенкой. Стенка похожа на толстую оболочку, которая защищает их от внешних воздействий и предотвращает разрыв клетки. Он придает бактериям правильную форму (например, форму палочки или сферы) и помогает им эффективно делиться.

Клетки человека не обладают подобной защитой. Из-за этого иммунная система человека легко распознает бактерии как врага, потому что их клеточная стенка выделяется на общем фоне. Именно клеточная стенка является отличной мишенью для некоторых из наших лучших и наиболее часто используемых антибиотиков, таких как пенициллин. Другими словами, антибиотики, нацеленные на стенки, могут убивать бактерии, не причиняя нам вреда.

Тем не менее, бактерии могут иногда выживать и без клеточной стенки. Если окружающие условия сами по себе способны защитить бактерии от разрыва, они могут превратиться в так называемые «L-формы». Фактически, это те же самые бактерии, но без клеточной стенки.

В лаборатории исследователи часто используют сахар для создания подходящей защитной среды. В человеческом организме подобное изменение формы обычно вызывается антибиотиками, которые нацелены на клеточную стенку бактерий, или определенными иммунными молекулами — такими как лизоцим. Это соединение присутствует в наших слезах и помогает защитить слизистую глаза от бактериальных инфекций.

Бактерии без клеточной стенки часто становятся хрупкими и теряют правильную форму. Однако при этом они почти невидимы для нашей иммунной системы и полностью устойчивы ко всем типам антибиотиков, которые воздействуют специфически на клеточную стенку. Ученые давно подозревали, что переключение между обычной и L-формами может способствовать повторным инфекциям, помогая бактериям скрываться от иммунной системы и противостоять антибиотикам. Тем не менее, было трудно найти доказательства этой теории из-за неуловимой природы L-форм и отсутствия соответствующих методов для их обнаружения.

Но теперь выход, кажется, найден. В новой работе, опубликованной в Nature Communications, исследователи рассказали о том, как смогли обнаружить L-формы инфекционных агентов, провоцирующих мочеполовые инфекции. В этом ученым помогли флуоресцентные препараты. Изолированные бактерии были затем культивированы в чашке Петри с высоким содержанием сахара. Как оказалось, в этой среде бактерии не только хорошо защищены от разрыва при потере клеточных стенок, но также полностью изолированы при переходе в L-форму. Испытания внутри эмбрионов рыбок данио показали, что бактерии весьма быстро реагируют на присутствие антибиотиков и маскируются, избавляясь от своих оболочек.

Почему это так важно? Что ж, это и прочие подобные исследования показывают, что каждый антибиотик необходимо тестировать в условиях, максимально приближенных к организму человека. Современные тесты не дают ответа несовершенны и часто не берут во внимание L-формы. Как результат — препараты от поколения к поколению зачастую становятся все менее эффективны, ведь бактерии учатся избегать контакта с ними.