Как микобактерия становится устойчивой?

Подгруппы бактерий, вызывающих туберкулез, могут оставаться в организме даже после того, как антибиотиками уничтожена большая часть популяции. Необходимость устранения этих персистирующих бактерий — одна из причин того, что лечение туберкулеза настолько продолжительно. Исследователи обнаружили, что один-единственный белок позволяет микобактериям создавать разнообразные подгруппы, устойчивые к действию противотуберкулезных препаратов. Этот белок может стать мишенью для лекарственных препаратов. В случае успеха, это может привести к уменьшению разнообразия микобактерий и сокращению курсов лечения туберкулеза.

Слева — микобактерии с функционирующим геном lamA. Часть бактерий при воздействии антибиотика погибла (красное свечение), а часть (зеленое) продолжает жить и делиться. Справа — бактерии, лишенные гена lamA — при воздействии антибиотика все бактерии погибли.

Ученые из Гарварда и Йельского университета изучили микроорганизм Mycobacterium smegmatis, близкого родственника Mycobacterium tuberculosis (Mtb) — бактерии, вызывающей туберкулез. Исследователи изучали отдельные бактериальные клетки в реальном времени в то время как они росли и делились. Микобактерии могут генерировать дочерние клетки путем асимметричного деления, что приводит к появлению генетически идентичных, но физиологически отличающихся популяций. Механизмы, лежащие в основе этой способности, и степень, в которой размер клеток, скорость роста и другие физиологические свойства связаны с выживанием в популяциях микобактерий, до настоящего времени были непонятны.

Ученые определили, что белковый продукт гена lamA является частью белковой «машины», участвующей в делении микобактерий. Белок отсутствует у других палочковидных бактерий и других микроорганизмов, и, похоже, что именно он придает микобактериям способность к асимметричному делению.

В экспериментах с использованием Mtb ученые обнаружили, что микобактерии без lamA образуют гораздо менее разнообразные бактерии с более однородной восприимчивостью к антибиотикам. При воздействии рифампицина клетки, лишенные lamA, были менее жизнеспособны, чем бактерии дикого типа. В будущем вероятна разработка способа ингибирования lamA или его белка для применения в клинических условиях.

EH Rego et al. Deletion of a mycobacterial divisome factor collapses single-cell phenotypic heterogeneity. Nature DOI: 10.1038/nature22361 (2017).