Розкриття ролі генів SOS у виживанні E. coli під час лікування антибіотиками

Коли E. coli виявляє пошкодження свого генетичного матеріалу, вона надсилає сигнал SOS, який змінює активність усередині клітин. Група дослідників вивчила, як патогенна бактерія Escherichia coli реагує на вплив невеликих, несмертельних кількостей антибіотика ципрофлоксацину.

«Бактерії переходять у повний надзвичайний режим», — каже доктор філософії Олауг Елізабет Торгейм Бергум з Норвезького університету науки і технологій (NTNU). 

Уявіть, що у вас сильно болить горло. Ви хворі, у вас болить горло, а візит до лікаря підтверджує, що біль через бактеріальну інфекцію. Ви отримуєте рецепт на антибіотики, які швидко усувають біль у горлі. Ви задоволені тим, що лікування спрацювало, але як бактерії сприйняли ситуацію?

Лікування антибіотиками завдає шкоди бактеріям. Це пошкодження може приймати форму багатьох різних речей, але воно часто включає пошкодження генетичного матеріалу, ДНК і активує реакцію SOS у бактерії.

Olaug Elisabeth Torheim Bergum,
кафедра клінічної та молекулярної медицини, NTNU

Ципрофлоксацин наразі є одним із найпоширеніших антибіотиків у світі, який діє, атакуючи ДНК у бактеріальних клітинах.

«Він зв’язується з білком, який допомагає підтримувати правильну структуру ДНК шляхом розрізання та зрощування ланцюгів ДНК. Це необхідно, тому що копіювання та зчитування ДНК створює навантаження на молекулу ДНК», — пояснює Бергум.

Перегляньте запис:

Іншими словами, білок підтримує ланцюг ДНК у порядку, поки бактеріальна клітина продовжує функціонувати. Коли бактерія збирається поділитися, це гарантує, що реплікація ДНК відбувається безпечно та впорядковано. Однак коли антибіотик зв’язується з білком, ця функція перешкоджає, і все стає досить хаотичним.

Багато звичайних видів діяльності бактерії, наприклад реплікація, призупинено. Це відбивається на зміні форми бактерій.

«Потім ДНК пошкоджується, включаючи утворення окремих ланцюгів неповної ДНК всередині клітини», — говорить Бергум.

Коли утворюються ці окремі нитки, це схоже на запалювання сірника під детектором диму. Інші білки виявляють пошкоджені фрагменти ДНК, і спрацьовує сигнал. Це драматична ситуація для бактеріальних клітин, яку також можна побачити неозброєним оком.

«Багато звичайних дій у бактерії, наприклад реплікація, призупинено. Це відображається у зміні форми бактерій. Зазвичай бактерії E. coli мають паличкоподібну форму, але під впливом ципрофлоксацину, вони стають довгими нитками. Бактерії віддають перевагу усуненню пошкоджень».

Якщо вони не зможуть бездоганно усунути пошкодження, вони перейдуть до наступного кроку.

«Якщо відновлення неефективне, крайнім засобом є зміна ДНК. Це коли вони мутують. Ця відповідь допомагає бактеріям адаптуватися та стати стійкими до антибіотиків», — каже Бергум.

Розвиток резистентності

Зазвичай курс антибіотиків призначають у таких великих дозах, що пошкодження ДНК є занадто великим, щоб його можна було відновити. Проте дослідники з кафедри клінічної та молекулярної медицини NTNU зацікавлені в тому, щоб з’ясувати, що відбувається, коли бактерії справді виграють боротьбу з антибіотиком завдяки своїй реакції SOS.

Для протидії резистентності до антимікробних препаратів важливо точно знати, як відбуваються процеси відновлення та мутації. Тому Бергум та її колеги вирішили поглянути на те, як активуються «гени SOS», так як бактерії використовують білки та малі молекули для відновлення пошкоджень, завданих антибіотиком.

«Коли лунає сигнал тривоги, всередині клітини активується 60 різних генів. Раніше вважалося, що гени активуються в різний час, тобто спочатку активуються гени, які використовуються для виробництва білків, необхідних на початковій фазі відновлення, а потім активується наступний набір генів».

Однак дослідники з NTNU виявили, що всі гени активуються одночасно.

«Регулювання відбувається не на рівні генів, а на рівні білка, і це нове знання», — каже Бергум.

«Наші результати відрізняються від результатів інших досліджень. Це може бути тому, що ми вирощували бактерії в біореакторі, де ми повністю контролюємо умови росту. Це дає нам результати, які легше відтворити».

Внесок у створення нових ліків

Дослідники використовували методи, за допомогою яких вони можуть вимірювати активацію генів, білків і малих молекул.

«Це дослідження є першим, у якому розглядалися всі три рівні відповіді SOS одночасно. Ми також проводили часті вимірювання, починаючи з однієї хвилини після того, як бактерії піддалися дії антибіотиків, до двох годин потому. Це дає хороше розуміння хронології", - каже Бергум.

Тоді ви можете подумати, що запобігання розвитку резистентності не повинно бути проблемою, оскільки для цього потрібно лише забезпечити достатньо велику дозу антибіотика.

«Під час лікування інфекції не всі бактерії однаково піддаються впливу антибіотиків. Це може бути пов’язано з різним поглинанням між різними тканинами та тим, що деякі бактерії природно більш стійкі. Тому деякі бактерії можуть розвинути стійкість».

Бактерії також можуть виробити стійкість у природі.

Дізнавшись більше про те, як працює відповідь SOS, можна розробити речовини, які атакують ці механізми.

«У воді та стічних водах багато антибіотиків, хоча й у низьких дозах. Тому важливо скоротити використання антибіотиків», — каже Бергум.

Нове розуміння того, як працює реакція SOS, буде корисним у розробці нових ліків.

ДЖЕРЕЛО: https://www.news-medical.net

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.