Никой не е очаквал бактериите да се самоубиват. Но точно това се случва, когато полимиксиновите антибиотици атакуват, според впечатляващи нови микроскопски изображения, които разкриват как тези лекарства всъщност действат след 80 години клинична неизвестност.
Изследователи от Университетския колеж Лондон (UCL) и Имперския колеж Лондон (ICL) са заснели първите изображения в реално време на полимиксин B, който пробива бактериалните защитни системи, а механизмът се оказва далеч по-странен, отколкото някой е предвиждал. Антибиотикът не просто пробива дупки или разтваря защитната външна мембрана на грам-отрицателните бактерии, а той подвежда клетката да произвежда неистово свръхпродукция на собствената си броня, докато цялата защитна система не се срине.
Когато защитата се превърне в самосаботаж
Използвайки атомно-силова микроскопия с игла с размер от порядъка само нанометри, екипът наблюдавал как клетките на E. coli реагират на излагане на полимиксин. В рамките на минути по повърхността на бактериите избухнали издутини. Клетките започнали да отделят външната си мембрана с ускоряваща се скорост, отчаяно опитвайки се да заместят загубеното.
"Беше невероятно да видим ефекта на антибиотика върху бактериалната повърхност в реално време", коментира Каролина Борели (Carolina Borrelli), докторант в Лондонския център за нанотехнологии към UCL.
"Сякаш клетката е принудена да произвежда "тухлички" за външната си стена с такава скорост, че тази стена се разрушава, позволявайки на антибиотика да проникне."
Колкото повече броня произвежда бактерията, толкова повече тя се отделя, създавайки пролуки, които позволяват на антибиотика да проникне и да убие клетката. Това е порочен кръг, при това фатален.
Но ето къде нещата стават интересни: целият смъртоносен процес изисква бактерията да е будна. Спящите бактерии, тези в състояние на хибернация с изключен метаболизъм, се оказват напълно имунизирани срещу атаката на полимиксин. Антибиотикът се свърза с повърхността им, но на практика не причинява никакви щети.
Проблемът със спящите бактерии
Това откритие преобръща десетилетия на предположения за това как действат антибиотиците. Лекарите и изследователите отдавна вярват, че полимиксините могат да убиват бактерии, независимо от метаболитното им състояние. Тази увереност сега изглежда неоснователна.
"Чрез заснемането на тези невероятни изображения на единични клетки успяхме да покажем, че този клас антибиотици действат само с помощта на бактерията", обяснява д-р Андрю Едуардс (Andrew Edwards) от Имперския колеж в Лондон.
"Ако клетките преминат в състояние, подобно на хибернация, лекарствата вече не действат, което е много изненадващо."
Екипът тества този ефект, като излага спящите E. coli на полимиксин B със и без захар. Когато захарта липсва, спящите клетки оцеляват за неопределено време. Когато се добави захарта, бактериите я консумират, реактивират системите си за производство на мембрани и умират, но само след 15-минутно забавяне, докато се събудят и възобновят производството на броня.
Това има незабавни клинични последици. Много бактериални инфекции включват спящи клетки, които могат да персистират години наред, преди да се реактивират и да причинят рецидивиращо заболяване. Ако полимиксините не могат да докоснат тези спящи популации, стратегиите за лечение може да се нуждаят от фундаментално преразглеждане.
Професор Барт Хоогенбум (Bart Hoogenboom) от Лондонския център за нанотехнологии към UCL предлага нелогичен подход: комбиниране на лечение с полимиксин с терапии, които събуждат спящите бактерии или стимулират производството на защитна мембрана. Ако се принудят бактериите да метаболизират, те стават уязвими.
Констатациите също повдигат въпроси относно начина на тестване на антибиотиците. Настоящите методи за оценка може да не отчитат метаболитните състояния на бактериите, което потенциално надценява ефективността на лекарствата срещу реални инфекции, където спящите клетки се крият сред активните популации.
Полимиксините са открити преди повече от 80 години и остават ключови оръжия срещу Грам-отрицателните бактерии, които причиняват много лекарствено-резистентни инфекции. Тези бактерии притежават външна мембрана, която блокира повечето антибиотици, което прави полимиксините сред малкото останали възможности, когато други лечения се провалят. Тъй като лекарствено-резистентните инфекции вече убиват над милион души годишно, разбирането как всъщност действат тези антибиотици от последна инстанция е станало неотложно.
Изследването използва атомно-силова микроскопия, за да "усетят" формата на отделни бактериални клетки с резолюция, далеч надхвърляща тази, която може да постигне светлинната микроскопия. Получените изображения показват как бактериалната повърхност се трансформира с течение на времето - от гладка до неравна и до силно напукана, тъй като антибиотикът задейства саморазрушителния цикъл на свръхпроизводство на клетката.
Д-р Ед Дъглас (Ed Douglas) от ICL отбелязва, че след като екипът наблюдава нарушения, възникващи само когато бактериите консумират захар, механизмът става ясен. Работата, финансирана от UK Research and Innovation и Wellcome, представлява сътрудничество между UCL, ICL и Университета в Нотингам.
Дали тези прозрения ще доведат до по-добри комбинирани терапии или до изцяло нови подходи за борба с бактериалните инфекции, предстои да видим. Но като минимум те разкриват, че дори най-старите ни антибиотици все още крият тайни и че най-голямата уязвимост на бактериите може би е тяхната собствена неустоима нужда да възстановят защитните си сили.
Справка: Borrelli, C., Douglas, E.J.A., Riley, S.M.A. et al. Polymyxin B lethality requires energy-dependent outer membrane disruption. Nat Microbiol (2025). https://doi.org/10.1038/s41564-025-02133-1
Източник: How Bacteria Trick Themselves Into Suicide by Antibiotic, science blog
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Земната ябълка: стара култура за новите климатични времена
dolivo
Земята потъмнява. Какво означава тази тревожна климатична тенденция за бъдещето?
Nikor
На 30 септември 1928 е открит пеницилинът
Прост Човек
Ново обяснение за гигантските експлодиращи кратери в Сибир