Британские ученые раскрыли новые детали того, как бактерии обмениваются генами, что является ключевым механизмом распространения устойчивости к антимикробным препаратам (УПП) — растущей глобальной угрозы здоровью. Исследователи из Центра Джона Иннеса изучили необычные частицы, известные как агенты переноса генов (GTAs). Эти частицы, похожие на вирусы-бактериофаги, действуют как курьеры, подбирая фрагменты ДНК из одной бактериальной клетки и доставляя их соседям, позволяя быстро распространять полезные признаки, включая устойчивость к антибиотикам.
Критическим шагом в этом процессе является лизис — разрыв оболочки клетки-донора для высвобождения частиц GTA. Используя передовые методы геномного анализа на модели бактерии Caulobacter crescentus, команда идентифицировала трехгенную систему под названием LypABC. Эта система производит бактериальные белки и действует как центральный контрольный центр, запускающий процесс лизиса. Когда гены lypABC удаляли, клетки не могли разорваться, а при их гиперактивации происходил массовый лизис.
Самым удивительным открытием стало то, что система LypABC структурно очень напоминает бактериальную иммунную систему, обычно используемую для защиты от вирусных атак (бактериофагов). Такие защитные системы, например CRISPR-Cas, распознают и разрушают чужеродную ДНК или РНК бактериофагов, предотвращая их размножение внутри клетки. Однако в данном случае эта система, содержащая белковые компоненты, ассоциированные с противовирусной обороной, была перепрофилирована. Вместо борьбы с вирусами она помогает высвобождать полезные для бактерии частицы GTA, способствуя горизонтальному переносу генов.
Это открытие, сделанное в сотрудничестве с Университетом Йорка и Институтом Роуленда в Гарварде, проливает свет на механизмы распространения устойчивости к антибиотикам. Исследователи также обнаружили регуляторный белок, который строго контролирует активность GTA, поскольку неконтролируемая работа системы LypABC токсична для самих бактериальных клеток. Ведущий автор работы, доктор Эмма Бэнкс, отметила, что использование иммунной системы для обмена ДНК между бактериями напрямую способствует распространению антибиотикорезистентности.
Понимание этих точных механизмов может дать важные подсказки в борьбе с УПП, указав на новые потенциальные мишени для терапевтического вмешательства. Практические стратегии могут включать разработку ингибиторов, которые блокируют сборку GTAs, их высвобождение из бактериальной клетки или взаимодействие с рецепторами других бактерий, что снижает горизонтальный перенос генов устойчивости. Следующим шагом для ученых станет изучение того, как именно активируется и функционирует контрольный центр LypABC, чтобы управлять разрывом клеток и выпуском частиц GTA, что открывает путь к созданию новых методов сдерживания распространения устойчивых бактерий.
Источник: Scientists discover bacteria can “explode” to spread antibiotic resistance