На страницах Nature Microbiology появилась работа, которая наглядно демонстрирует: антибиотики семейства полимиксинов атакуют бактерии куда хитрее, чем считалось ранее. Эти препараты уже 80 лет применяются в медицине как средство последней надежды против грамотрицательных бактерий — микроорганизмов, окружённых особой «бронёй» из внешней мембраны, которая делает их устойчивыми к большинству антибиотиков.
Долгое время учёные знали лишь, что полимиксины нарушают эту защиту, но не понимали деталей. Теперь серия изображений с атомным разрешением показала процесс в действии.
Как умирает клетка
Команда из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) и Лондонского центра нанотехнологий при UCL (London Centre for Nanotechnology at UCL) наблюдала за живыми клетками кишечной палочки (E. coli) под действием антибиотика полимиксина B. Уже через 15 минут после воздействия на поверхности появлялись выпуклости и «пузырьки». Ещё через час клетка начинала стремительно сбрасывать свою защитную оболочку.
Исследователи сделали неожиданный вывод: антибиотик вынуждает бактерию активно производить и тут же терять компоненты внешней мембраны. Чем больше клетка пытается «латать» свою стену, тем быстрее она её разрушает, оставляя дыры, через которые и проникает лекарство.
Но есть важное условие: этот процесс работает только на активных бактериях. Если клетки находятся в состоянии покоя, то есть «спят» и не строят оболочку, антибиотик становится бесполезным.
Почему это важно
Эндрю Эдвардс (Andrew Edwards), соавтор работы из Imperial, отмечает: «Десятилетиями считалось, что такие антибиотики одинаково действуют и на растущие, и на дремлющие бактерии. Мы показали, что это не так. Лекарство убивает лишь активные клетки».
А значит, часть микробов способна пережить курс терапии в «спящем режиме» и вновь пробудиться, вызывая повторные инфекции.
Барт Хоогенбум (Bart Hoogenboom) из UCL добавляет: «Теперь наша задача — научиться комбинировать полимиксины с методами, которые пробуждают спящие бактерии или стимулируют их к производству оболочки. Тогда антибиотик сможет добить и этот резерв».
Как снимали уникальные кадры
Чтобы рассмотреть изменения на поверхности клеток, исследователи применили атомно-силовую микроскопию. Наноскопическая игла, скользя по клетке, «ощупывала» её рельеф и строила изображения с детализацией, недоступной для обычного света.
Каролина Боррелли (Carolina Borrelli), аспирантка UCL, вспоминает: «Было невероятно видеть, как антибиотик за считанные минуты буквально ломает бактериальную стену. Словно клетку заставляют производить кирпичи для стены так быстро, что сама стена разваливается».
Практические выводы
Учёные проверили гипотезу, сравнив активные и спящие клетки E. coli и добавив к эксперименту сахар. Когда бактерия получала питание и «просыпалась», полимиксин снова начинал работать — но с задержкой в 15 минут, пока клетка не возобновляла производство оболочки.
Эд Дуглас (Ed Douglas) из Imperial подчёркивает: «Мы поняли, что разрушение брони зависит от метаболической активности бактерии. Без сахара клетка остаётся недосягаемой».
Что дальше
По словам Бояна Боневa (Boyan Bonev) из Университета Ноттингема, результаты исследования открывают новые горизонты для разработки более эффективных схем лечения. Возможно, в будущем терапия будет включать препараты, пробуждающие дремлющие бактерии, чтобы сделать их уязвимыми.
Литература
- Carolina Borrelli, Edward J. A. Douglas, Sophia M. A. Riley, Aikaterini Ellas Lemonidi, Gerald Larrouy-Maumus, Wen-Jung Lu, Boyan B. Bonev, Andrew M. Edwards, Bart W. Hoogenboom. Polymyxin B lethality requires energy-dependent outer membrane disruption. Nature Microbiology, 2025; DOI: 10.1038/s41564-025-02133-1