Британские микробиологи выяснили, что полимиксины эффективно уничтожают бактерии только в том случае, если они находятся в активной фазе, и бактерицидный эффект зависит от повторяющихся процессов потери и синтеза липополисахаридов клеточной стенки. В этом ученым помогла разобраться сканирующая атомно-силовая микроскопия: исследователи заметили выпячивания клеточной стенки после контакта с антибиотиком. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.
Полимиксины — антибиотики, которые используют для борьбы с грамотрицательными микроорганизмами. Эти бактерии отличаются от грамположительных микроорганизмов тем, что имеют вокруг себя дополнительный липополисахаридный слой, который затрудняет проникновение в клетку антибиотиков. Полимиксины разрушают липополисахаридную мембрану бактерий, хотя точный механизм их бактерицидного действия до сих пор неизвестен. Полимиксины очень хорошо уничтожают бактерии in vitro, но in vivo им часто не хватает эффективности. С чем это связано, также до сих пор непонятно.
Чтобы восполнить недостающие знания о действии полимиксинов, команда исследователей под руководством Эндрю Эдвардса (Andrew M. Edwards) из Имперского колледжа Лондона и Барта Хугенбума (Bart W. Hoogenboom) из Университетского колледжа Лондона изучила процесс уничтожения кишечной палочки полимиксином с помощью сканирующей атомно-силовой микроскопии.
Исследователи увидели, что при контакте с полимиксином B клеточная стенка кишечной палочки стала быстро изменяться — уже в первые 15 минут на ней появились множественные выпячивания. Это сопровождалось потерей липополисахаридов, которые обнаружили в супернатантах, полученных из культуры кишечной палочки, инкубированной с антибиотиком. При этом высвобождение липополисахаридов в первые пятнадцать минут не было связано с лизисом клетки, так как уровень цитоплазматических белков в растворе не менялся.
Потеря липополисахаридов сопровождалась их синтезом — в эксперименте ингибирование ферментов, ответственных за синтез липидов, замедляло скорость бактерицидного действия антибиотика. Таким образом, антибиотик заставляет бактерии избавляться от защитного слоя, а затем вновь синтезировать его, и этот процесс в конечном итоге приводит к появлению прорех в защите, позволяя антибиотику внедриться в бактерию.
Ученые также сделали неожиданное наблюдение: выпячивания появлялись только у бактерий в стадии активной репликации, а у «спящих» бактерий эффекта не было. В стадии активной репликации бактериальных клеток антибиотик эффективно уничтожал бактерии, а если клетки находились в стадии низкой активности, то антибиотик разрушал клетки только в присутствии глюкозы, что говорит о том, что антибиотик действенен только против активных клеток.
Новые знания о механизме действия полимиксинов помогут эффективнее уничтожать бактерии, устойчивые к действию противомикробных препаратов. В частности, предстоит разработать метод, способный уничтожать и «спящие» бактерии.
Иногда бактериальной устойчивости могут способствовать неожиданные лекарства. Например, ибупрофен и парацетамол. Так, австралийские микробиологи выяснили, что парацетамол и ибупрофен повышают частоту мутаций бактерии и увеличивают минимальную действующую концентрацию антибиотика в два раза.
