Исследователи из Пермского Политеха и УрО РАН обнаружили механизм, который позволяет лишить бактерии туберкулеза защиты и заставить их разрушать себя изнутри.
Ученые ПНИПУ совместно с исследователями УрО РАН выяснили, как микобактерии туберкулеза защищаются от действия антибиотиков. Оказалось, что при нарушении этого механизма бактерии начинают погибать от собственных токсичных веществ. Об этом сообщили «Газете.Ru» в пресс-службе университета.
Туберкулез остается одной из самых смертоносных инфекций в мире. Ежегодно заболевают около 10,8 миллиона человек, более 1,2 миллиона умирают. Особую опасность представляют устойчивые формы болезни, которые перестают реагировать на основные препараты — рифампицин и изониазид.
В центре исследования оказалась аминокислота цистеин. Она необходима для роста бактерий, однако при воздействии антибиотиков синтез белков нарушается, и цистеин начинает накапливаться внутри клетки. В больших количествах он становится токсичным — повреждает ДНК, белки и дыхательную систему микроорганизма.
Тем не менее бактерия не погибает, потому что запускает защиту. Избыточный цистеин связывается в особое вещество — микотиол, которое нейтрализует его вредное действие.
В ответ на антибиотики уровень цистеина внутри бактерии резко растет. Одновременно бактерия запускает защиту: избыток цистеина упаковывается в микотиол. Это означает, что чем больше токсина накапливается, тем активнее работает защита, — пояснила доктор биологических наук Галина Смирнова.
Эксперименты проводили на безопасной модели — бактерии Mycobacterium smegmatis. Ученые наблюдали, как меняются дыхание клетки, выделение сероводорода и химические процессы внутри нее под воздействием антибиотиков и дополнительного источника цистеина.
Выяснилось, что при избытке этой аминокислоты бактерии усиливают дыхание и выработку сероводорода, получая дополнительную энергию. Однако антибиотики подавляют эти процессы, и клетка переходит в режим экономии ресурсов.
Главный вывод исследования — микотиол защищает микобактерию не только от внешних факторов, но и от собственного «внутреннего яда».
Если заблокировать синтез микотиола, бактерия потеряет возможность обезвреживать токсичный цистеин. Тогда она будет вынуждена тратить огромные ресурсы на его переработку и в итоге погибнет, — отметила ассистент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Любовь Сутормина.
По мнению ученых, это открывает новый подход к терапии. Вместо разработки принципиально новых антибиотиков можно усилить действие уже существующих препаратов, лишив бактерии их защитных механизмов.
Сейчас исследователи ищут вещества, способные безопасно блокировать синтез микотиола. Если такие соединения удастся создать, это позволит эффективно лечить даже формы туберкулеза, которые ранее считались устойчивыми к лекарствам.
Ранее российские исследователи разработали керамический материал, который светится и способен уничтожать бактерии под действием света. Технологию планируют использовать в медицине и системах очистки.