Казанские биологи нашли новый механизм устойчивости к антибиотикам

Микоплазмы – мелкие бактерии, не имеющие клеточной стенки. Они вызывают заболевания человека, животных и растений, заражают клеточные культуры и вакцинные препараты. Микоплазменные инфекции лечат антибиотиками, однако бактерии очень быстро приобретают к ним устойчивость. Механизм возникновения этой устойчивости раскрыли специалисты Казанского федерального университета и Казанского института биохимии и биофизики КНЦ РАН.

Они обнаружили, что в формировании устойчивости к антибиотикам участвуют выделяемые клеткой мембранные пузырьки (везикулы). В этих пузырьках микоплазмы удаляют попавшее в клетку лекарство, в них же, по-видимому, передают ген устойчивости к антибиотику соседним клеткам.

Исследователи работали с микоплазмой Acholeplasma laidlawii. Это «вездесущая» бактерия, которая обитает в почвах, сточных водах, а также тканях высших эукариот, основной «загрязнитель» клеточных культур и возбудитель растительных болезней. Как и другие микоплазмы, она отличается быстрым развитием устойчивости к антибиотикам, тем не менее, других средств лечения микоплазмозов и очистки клеточных культур пока нет. Чаще всего для борьбы с A. laidlawii используют синтетические антибактериальные препараты фторхинолоны, в том числе ципрофлоксацин.

Микоплазмы A. laidlawii постоянно выделяют везикулы – сферические, окруженные мембраной пузырьки диаметром 20–200 нм. В условиях, неблагоприятных для роста, в том числе в присутствии антибиотиков, количество везикул существенно возрастает. Казанские исследователи работали с двумя штаммами A. laidlawii, один из которых чувствителен к действию ципрофлоксацина, другой устойчив. На среде с ципрофлоксацином уровень секреции внеклеточных везикул у них заметно возрастал, причем штамм, устойчивый к антибиотику, выделял в 2,5 раза больше везикул, чем чувствительный.

Оказалось, что эти везикулы содержат антибиотик. Если добавить их в среду, на которой растет чувствительный к ципрофлоксацину золотистый стафилококк S. aureus, пузырьки подавляют рост бактерий, причем разрушенные везикулы действуют в три раза эффективнее целых.

Эти данные свидетельствуют о том, что везикулы A. laidlawii выводят ципрофлоксацин из клеток, и чем больше пузырьков с антибиотиком выделяют микоплазмы, тем они устойчивее к лекарству.

Но дело не только в том, что микоплазмы эффективно выводят лекарство из клетки. Устойчивость к ципрофлоксацину возникает в результате мутации в гене parC, кодирующем фермент ДНК-топоизомеразу IV. Антибиотик связывается с этим ферментом и препятствует росту клеток, а мутантные микоплазмы устойчивы к действию лекарства. Оказалось, что микоплазмы рассылают мутантный ген в везикулах соседним клеткам, благодаря чему устойчивость к антибиотику очень быстро распространяется в бактериальной популяции. Таким образом, казанские исследователи впервые показали, что в формировании устойчивости A. laidlawii к ципрофлоксацину участвуют выделяемые клетками везикулы. Они выводят из микоплазмы антибиотик и способствуют быстрому распространению генов устойчивости.

– Везикулы, выделяемые определенным видом микоплазм, различаются по размерам, электронной плотности и составу, – рассказал руководитель исследования, доктор биологических наук профессор Владислав Чернов. – Логично предположить, что везикулы, содержащие нуклеотидные последовательности генов устойчивости к антибиотику, и везикулы, содержащие этот препарат, относятся к разным группам и выполняют разные функции. Однако для проверки этого предположения необходимо разработать методы сортировки бактериальных везикул.

Исследователи отмечают, что подавление микоплазм представляет собой серьезную проблему. Основные надежды связаны с поиском новых антибиотиков, но поскольку в адаптации бактерий к лекарствам участвуют везикулы, антибиотики вряд ли будут эффективны. Нужно разрабатывать методы диагностики везикул и, возможно, контроля за их секрецией. Современные диагностические наборы предназначены для обнаружения характерных участков ДНК или антигенов бактерий. Но специалисты Казанского института биохимии и биофизики показали, что внеклеточные везикулы A.laidlawiiтоже содержат специфичные нуклеотидные последовательности и белки, это позволяет создать как универсальные, так и специфичные диагностические зонды для детекции и клеток, и везикул микоплазм.

Секреция внеклеточных везикул – фундаментальный процесс, характерный для бактерий, клеток растений и животных, в том числе человека. Возможно, везикулы обеспечивают транспорт широкого спектра соединений, участвуют в межклеточной коммуникации, адаптации к условиям среды и патогенезе.

Источник информации: Е. С. Медведева, Н. Б. Баранова, А. А. Музыкантов, Т. Ю. Григорьева, М. Н. Давыдова, О. А. Чернова, В. М. Чернов «Экстраклеточные везикулы микоплазм и формирование устойчивости бактерий к фторхинолонам», Доклады Академии наук, 2014, том 454, № 6