Появление антибиотикоустойчивых штаммов бактерий – серьезная проблема. Явление снижает терапевтическую эффективность антибиотиков, а также повышает вероятность заболевания госпитализированных больных. В условиях стационара резистентные к антибиотикам бактерии передаются от одного больного к другому, выделяются во внешнюю среду и заражают воздух, перевязочный материал и предметы ухода за больными. Часты внутрибольничые заражения стафилококками, устойчивыми к пенициллину, стрептомицину и другим антибиотикам.
Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания под руководством профессора факультета биохимии и молекулярной биологии Скуайра Букера опубликовала в журнале Science работу, посвященную
первому детальному исследованию генетики процесса вырабатывания устойчивости бактерий к разнообразным препаратам.
Этот шаг, считают авторы, станет ключевым в выработке новых лекарств, способных защитить организм от чрезвычайно устойчивых «суперинфектов» — непобедимых бактерий, часто встречающихся как в больницах, так и среди городского населения.
Работа началась с изучения особого белка, произведенного одним из недавно эволюционировавших «суперинфектов». С помощью генетических исследований группа Букера обнаружила, что стафилококк Staphylococcus sciuri, поражающий животных, обрел новый ген (его назвали cfr). Белок, кодируемый этим геном, играет ключевую роль в одном из механизмов устойчивости к антибиотикам, которым пользуется бактерия. Позднее оказалось, что такой же ген появился в Staphylococcus aureus – золотистом стафилококке – очень частом госте носа и кожи людей, вызывающем целую вереницу болезней (от безобидных прыщей до смертельно опасного менингита).
Золотистый стафилококк известен и своими способностями вырабатывать устойчивость к антибиотикам.
Особенность этого гена в том, что он располагается в мобильной части ДНК, поэтому он легко передается от неопасных для человека микробов к другим видам, уже представляющим прямую угрозу для людей.
«Найденный нами ген характерен для золотистых стафилококков США, Мексики, Бразилии, Испании, Италии и Ирландии. Он обусловливает устойчивость бактерий к семи классам антибиотиков. Бактерия, обзаведшаяся этим геном, имеет уникальное эволюционное преимущество. Однако до сегодняшнего дня детальный механизм влияния белка, кодируемого этим геном, на жизнедеятельность бактерии оставался неизвестным. У нас не было трехмерного изображения, которое бы показывало, что происходит с этим белком на молекулярном уровне», — пояснил Букер.
Чтобы разобраться в этом механизме, Букер и его коллеги проследили, как белок Cfr решает одну важную задачу – метилирование. В ходе этого процесса фермент добавляет небольшой «хвостик» длиной в один атом углерода к определенному участку нуклеотида – структурного элемента РНК и ДНК. Когда у определенного нуклеотида появился этот хвостик, он способен обеспечить правильную работу рибосомы – гигантского макромолекулярного устройства, отвечающего за выработку необходимых для жизни бактерии белков.
Работа многих классов антибиотиков как раз основана на связывании с рибосомой и блокировке ее функций.
Без рибосомы любая клетка погибает, и бактериальная не исключение.
Белок Cfr способен нарастить «хвостик» ДНК таким образом, что связывание антибиотиков с рибосомой блокируется, поэтому весь механизм их работы прекращает действовать.
«Обнаруженный эффект удивителен. Такой совершенно новый механизм метилирования критически важен для изучения бактерий. Теперь мы знаем, как «умные» микробы защищаются от антибиотиков», — считает Букер.
Следующим шагом работы станет использование этой информации для создания веществ, которые смогут работать в связке с обычными антибиотиками, побеждая резистентность бактерии.
«Зная механизм, с помощью которого бактерия избегает действия нескольких классов антибиотиков, мы можем придумать, как разорвать эту цепочку и позволить антибиотикам выполнять свою работу», — подытожил он.