Ученые в частности обнаружили, что бактерия Pseudomonas aeruginosa может продуцировать определенные молекулярные факторы, которые резко увеличивают или уменьшают способность антибиотика убивать Staphylococcus aureus, другую бактерию, которая часто заражается одновременно с P. синегнойная палочка.
Результаты, опубликованные в PLoS Biology, указывают на возможность появления новых антибиотиков, использующих эти факторы для повышения чувствительности к антибиотикам.
Исследование также показывает, как понимание точного состава бактерий и их взаимодействий может стать стандартной частью клинической практики при лечении бактериальных инфекций, особенно более опасных инфекций, связанных с устойчивостью к антибиотикам. В настоящее время врачи оценивают чувствительность одного вида бактерий к антибиотикам, исследуя его изолированно от других видов.
"Взаимодействие с P. aeruginosa может полностью изменить S. aureus к стандартным антибиотикам ", — сказал старший автор исследования Брайан П. Конлон, доктор философии, доцент кафедры микробиологии и иммунологии UNC.
Устойчивость бактерий и других микробов к антибиотикам является продолжающимся кризисом общественного здравоохранения, вызывая около двух миллионов инфекций и 23000 смертей в год в Соединенных Штатах, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний. п. aeruginosa, например, является патогеном с множественной лекарственной устойчивостью, связанным с внутрибольничными инфекциями, включая пневмонию, связанную с искусственной вентиляцией легких.
Что касается S. золотистый¬, некоторые штаммы не вызывают болезней. Другие вызывают классические стафилококковые инфекции, которые убивают антибиотики. Однако другие штаммы устойчивы к антибиотикам.
Исследователи спешили найти способы преодолеть устойчивость этих и других бактерий.
Одним из ключей к преодолению устойчивости к антибиотикам, обнаруженным Конлоном и его коллегами, является то, что S. aureus иногда принимает медленнорастущее, «низкоэнергетическое» состояние, что затрудняет уничтожение антибиотиками. Команда Конлона предположила, что это низкоэнергетическое состояние могло возникнуть в результате межвидовой конкуренции. Другими словами, сопутствующие виды бактерий могли развить способность производить факторы, которые ставят микробных конкурентов в невыгодное положение.
Такие факторы могут включать токсины, ферменты или различные бактериальные компоненты, уникальные для конкретных штаммов.
"Мы знаем, что P. aeruginosa обычно коинфицирует S. aureus и выделяет факторы, влияющие на S. метаболизм aureus ", — сказал Конлон. "Таким образом, наша гипотеза заключалась в том, что это взаимодействие может вызывать S. aureus в более устойчивое к антибиотикам состояние."
Конлон и его коллеги, в том числе первый автор Лорен Радлински, аспирантка лаборатории Конлона, которая выполнила большинство экспериментов, исследовали эту возможность в новом исследовании. Они создали панель из S. aureus, подвергли их воздействию молекул, секретируемых 14 различными P. aeruginosa, а затем протестировали чувствительность каждой культуры к одному из трех антибиотиков: ванкомицину, тобрамицину и ципрофлоксацину.
Результаты поразительны и имеют значение для клинической практики.
P. aeruginosa, влияющие на S. aureus ко всем трем антибиотикам, в некоторых случаях в огромной степени.
Некоторые штаммы P. aeruginosa, как и ожидалось, значительно снизила S. чувствительность aureus к тобрамицину и ципрофлоксацину. Однако удивительно, что многие другие штаммы P. aeruginosa значительно усилила S. чувствительность aureus к антибиотикам, использованным в экспериментах.
"Факторы, секретируемые восемью из P. aeruginosa, например, вызывали в 100-1000 раз больше гибели S. aureus ванкомицином по сравнению с контрольной культурой S. aureus, который не подвергался воздействию P. aeruginosa, — сказал Конлон.
Исследователи выделили три специфических P. aeruginosa, которые объясняют эти эффекты:
Фермент, расщепляющий белок, под названием LasA, увеличивает способность ванкомицина убивать S. золотистый.
Набор молекул, связанных с жиром, называемых рамнолипидами, увеличивал S. поглощение тобрамицина aureus.
Небольшая органическая молекула под названием HQNO ингибирует метаболизм S. aureus, переводя его в низкоэнергетическое состояние, что сделало его более устойчивым к антибиотикам.
Конлон и его коллеги заявили, что можно создать новые антибиотики, которые включают факторы повышения восприимчивости LasA и рамнолипиды — и / или блокируют фактор снижения восприимчивости HQNO — для создания лучшего арсенала против серьезных бактериальных инфекций.
Другой подход заключается в разработке простых бактериальных генетических тестов, которые позволят врачам определить, когда сопутствующая инфекция бактерия, вероятно, секретирует факторы, которые значительно влияют на чувствительность к антибиотикам.
Команда Конлона сейчас занимается секвенированием P. aeruginosa, чтобы увидеть, как последовательности генов различаются между штаммами и как это различие влияет на способность этих штаммов продуцировать вышеупомянутые факторы, описанные в лаборатории Конлона.