Бактерии можно обманом заставить посылать сигналы смерти, чтобы остановить рост их слизистых защитных оболочек, которые приводят к смертельным инфекциям, показывает новое исследование.
Открытие исследователей из Университета штата Вашингтон однажды может быть использовано в качестве альтернативы антибиотикам для лечения тяжелых инфекций. В сообщении журнала Biofilm исследователи использовали посланников, которые они назвали внеклеточными везикулами смерти (D-EV), для снижения роста бактериальных сообществ до 99,99% в лабораторных экспериментах.
«Добавляя внеклеточные везикулы смерти в бактериальную среду, мы своего рода обманываем бактериальные клетки», — сказала автор исследования Мавра Гамаль Саад из Школы химической инженерии и биоинженерии Джина и Линды Войланд при WSU. «Клетки не знают, к какому типу ЭВ они относятся, но они поглощают их, потому что привыкли брать их из окружающей среды, и вместе с этим физиологические сигналы внутри клеток меняются от роста к смерти».
Устойчивость бактерий является растущей проблемой во всем мире. По данным Центров по контролю за заболеваниями США, только в США ежегодно не менее 2 миллионов инфекций и 23 000 смертей связаны с бактериями, устойчивыми к антибиотикам. Когда врачи используют антибиотики для лечения бактериальной инфекции, некоторые бактерии могут скрываться в своем труднопроходимом, слизистой оболочке, называемой биопленкой. Эти субпопуляции резистентных клеток могут пережить лечение и способны расти и размножаться, что приводит к хроническим инфекциям.
«Они устойчивы, потому что у них очень развитая и хорошо организованная адаптивная система», — сказала Саад. «Как только происходит изменение окружающей среды, они могут очень быстро адаптировать свои внутриклеточные пути и изменить их, чтобы противостоять антибиотикам».
В своем новом исследовании ученые обнаружили, что внеклеточные везикулы играют ключевую роль в управлении ростом защитной биопленки. Везикулы, крошечные пузырьки размером от 30 до 50 нанометров, что примерно в 2000 раз меньше пряди волос, доставляют молекулы из клеток, проникая в соседние клетки и затем перепрограммируя их, действуя как система межклеточной связи.
В рамках этого исследования ученые извлекли везикулы из одного типа бактерий, вызывающих пневмонию и другие серьезные инфекции. Они определили, что бактерии сначала выделяют везикулы, называемые ЭВ роста, с инструкциями по выращиванию биопленки, а затем, в зависимости от доступных питательных веществ, доступности кислорода и других факторов, посылают ЭВ с новыми инструкциями, чтобы остановить рост биопленки.
Исследователи смогли использовать везикулы с инструкциями по остановке роста и использовать их, чтобы обмануть бактерии и уничтожить биопленку на всех стадиях ее роста. Даже когда биопленки были здоровыми и быстро росли, они следовали новым инструкциям смертоносных электромобилей и умирали. ЭВ смерти могут легко проникать в биопленку, поскольку они представляют собой натуральные продукты, выделяемые бактериями, и имеют одинаковую структуру клеточной стенки, поэтому клетки не распознают их как чужеродного врага.
«Обманывая бактерии с помощью этих смертоносных электромобилей, мы можем контролировать их поведение, не давая им шанса развить устойчивость», — сказала Саад. «Поведение биопленки просто изменилось: от роста к смерти».
Профессор WSU и автор-корреспондент Вэнь-Цзи Донг, изучавший везикулы в течение нескольких лет, первоначально думал, что все везикулы, секретируемые бактериями, будут способствовать росту клеток. Исследователи были удивлены, когда обнаружили, что старые биопленки содержат инструкции по отключению.
«Поэтому теперь мы обращаем внимание на внеклеточные везикулы, выделяемые старыми биопленками, потому что они обладают терапевтическим потенциалом», — сказал он.
