Как влияют антибиотики на бактерии? И почему одни из них гибнут, а другие оказываются устойчивыми? Теперь исследователи могут детально описать этот процесс и даже продемонстрировать противостояние микроорганизмов и медикаментов.
С помощью инновационных технологий ученые из Имперского колледжа Лондона смогли получить подробные изображения бактерий, поврежденных антибиотиками. В ходе исследований были использованы бактериальные клетки E. coli (кишечная палочка) и антибиотик из группы полимиксинов.
Полимиксины были созданы более восьмидесяти лет назад. Однако из-за их токсичности их применение ограничено ситуациями, когда другие лекарственные средства оказываются неэффективными, а требуется неотложная помощь. Так, их могут использовать при сепсисе, менингите, пневмонии и других серьезных инфекционных заболеваниях.
Однако полимиксинам под силу то, на что не способны многие другие антибиотики: они разрушают защитную мембрану бактерии и, проникая внутрь, уничтожают ее.
«Кишечная палочка обладает внешним поверхностным слоем, выполняющим функцию защиты. Этот слой ограничивает проникновение некоторых антибиотиков внутрь клетки. Известно, что полимиксины воздействуют на этот внешний слой, однако механизм их разрушающего действия и последующая гибель бактерий оставались невыясненными», — ученые.
Полученные учеными изображения с высоким разрешением демонстрируют стремительное воздействие антибиотика на поверхность кишечной палочки, вызывая ее вздутие. Затем в течение нескольких минут бактерия избавляется от своей внешней оболочки. Несмотря на попытки клетки бактерии сформировать новую защитную оболочку, в ее защите возникали проломы, через которые антибиотик проникал внутрь, уничтожая вредоносную клетку.
Но вот что удивительно: антибиотик смог разрушить броню только активной клетки. Если бактерия была в спячке, все это на нее не действовало, а значит, употребление лекарства в таком случае бесполезно .
«В течение многих лет считалось, что антибиотики способны уничтожать бактерии в любой форме, вне зависимости от их активности и способности к размножению. Однако, как выяснилось, это не соответствует действительности, — подчеркивает один из участников исследования, доктор Эндрю Эдвардс. — Эффективность лекарственных средств снижается, когда бактерии переходят в состояние покоя».
Бактериальная гибернация, также известная как состояние покоя, представляет собой процесс, в ходе которого микроорганизмы временно снижают или полностью прекращают клеточный метаболизм для обеспечения выживания в неблагоприятных условиях. Так, бактерии могут переходить в состояние покоя при недостатке питательных веществ, что позволяет им пережить неблагоприятные периоды.
Микроорганизмы могут находиться в состоянии оцепенения на протяжении нескольких лет, и при наступлении подходящих условий активизируются. Благодаря этому механизму микроорганизмы способны пережить воздействие антибиотиков, переходя в состояние покоя и впоследствии активизируясь, что приводит к рецидиву инфекции в организме .
По мнению исследователей, для определения действенности антибиотика необходимо учитывать состояние бактерий. Возможно, это исследование позволит создать новую методику лечения, вплоть до того, что, вопреки общепринятым представлениям, удастся активировать бактерии, находящиеся в неактивном состоянии, и затем воздействовать на них.
