«Мы обнаружили путь самоубийства, при котором принесение в жертву некоторых приводит к пользе для общества», — сказала Бланка Баркера, доцент биологических наук и член Центра биотехнологии и междисциплинарных исследований (CBIS) в Rensselaer. "Одна из собственных молекул Pseudomonas нацелена на один из его собственных белков, и, хотя некоторые из них умирают, выжившие вынуждены образовывать биопленку. Это исследование помогает нам понять, как Pseudomonas создает биопленки, и это может помочь нам предотвратить образование биопленок, которые играют роль в стойких и рецидивирующих инфекциях."
Pseudomonas — распространенная бактерия, которая обычно вызывает серьезные инфекции у пациентов с иммунной системой, ослабленной другими состояниями, включая муковисцидоз, рак, ВИЧ или травмы.
Часто клетки бактерий выделяют липкое вещество, которое связывает их в несколько слоев. Формирование биопленок — один из нескольких механизмов, которые позволяют Pseudomonas противостоять нескольким антибиотикам, направленным на его поражение.
Исследователи изучили роль 2-н-гептил-4-гидроксихинолин-N-оксида (HQNQ), сигнальной молекулы для коммуникации, которую Pseudomonas производит в условиях высокой плотности населения. Исследователям давно известно, что HQNQ подавляет дыхание. Молекула коммерчески доступна даже исследователям, стремящимся подавить дыхание в экспериментах на бактериях и митохондриях эукариот.
Но его роль в запрограммированной гибели клеток и образовании биопленок, которая играет роль в стойких и рецидивирующих инфекциях, ранее была неизвестна. Стойкие и рецидивирующие инфекции часто невосприимчивы к антибиотикам из-за толерантности к антибиотикам субпопуляции клеток, которые не являются устойчивыми к антибиотикам мутантами, а являются «спящими» клетками, которые выживают после уничтожения антибиотиками. Эти клетки образуют HQNQ-зависимую биопленку.
Исследовательская группа определила, что HQNQ разрушает комплекс цитохрома bc1, который играет роль в разветвленных дыхательных путях, доступных для Pseudomonas. Для некоторых клеток разрушение комплекса цитохрома bc1 заканчивается гибелью клеток. Но клетки, способные активировать альтернативные дыхательные пути, которые не ингибируются HQNQ, могут выжить.
«Выжившие клетки, устойчивые к антибиотикам, образуют биопленку», — сказал Баркера. "Мы знаем, что это часть сигнального процесса, но как он регулируется, пока не ясно и потребует дополнительных исследований."
Бланка Баркера и Тери Хреха из Rensselaer предоставили свои знания для определения роли комплекса bc1, который подтверждает путь и механизм гибели клеток, которые исследователи определили. Исследование демонстрирует «дифференциацию», при которой физиология Pseudomonas позволяет различным популяциям следовать разным судьбам.
«В течение долгого времени мы считали, что все бактерии одного вида одинаковы, и если вы изучите одну, вы узнаете обо всем», — сказал Баркера. "Но это не так. Теперь мы начинаем понимать, что сигнальные пути позволяют различным субпопуляциям возникать в определенных условиях."
В будущей работе Баркера сказал, что команда надеется идентифицировать сигнальные пути в Pseudomonas, которые инструктируют некоторые клетки активировать альтернативные пути, позволяя им выживать и создавать биопленки с устойчивыми к антибиотикам клетками — знания, которые проложат путь к стратегиям борьбы с инфекциями.
Исследование Баркеры иллюстрирует работу, проводимую в New Polytechnic, направленную на решение сложных и сложных глобальных проблем, необходимость междисциплинарного и подлинного сотрудничества, а также использование новейших инструментов и технологий, многие из которых разработаны в Rensselaer.
Исследование под названием «Автоотравление дыхательной цепи регулируемой кворумом молекулы способствует образованию биопленок и устойчивости к антибиотикам», проведенное Лоуренсом Рамом из Гарвардской медицинской школы, Массачусетской больницы общего профиля и детской больницы Шрайнерс. исследователи из Университета Тафтса, Лозаннского университета в Швейцарии и Еврейского университета в Израиле, а также Rensselaer.