Как пенициллин взрывает бактерии

Пенициллин был открыт в 1928 году, когда Александр Флеминг увидел, что плесень начала расти на чашке, содержащей бактериальные колонии. Оказалось, что плесень препятствует росту бактерий. Но ученые все еще учатся тому, как это работает. Теперь исследователи наконец узнали больше о том, почему патогенные микробы разрываются, когда они сталкиваются с этим лекарством. Результаты, которые могут помочь в разработке лекарств, способных уничтожать устойчивые к антибиотикам бактерии, были опубликованы в 2019 году в журнале eLife.

«Мы наконец получаем механистическую информацию о том, как пенициллин и связанные с ним лекарства вызывают взрыв бактериальных клеток», – сказал микробиолог Гарвардской медицинской школы (HMS) Томас Бернхардт, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI).

Как и многие другие антибиотики, пенициллин является бета-лактамным препаратом. Однако бактерии начинают сопротивляться воздействию этих лекарств, и устойчивость к антибиотикам считается растущей угрозой для общественного здравоохранения. Бета-лактамы могут быть эффективными против многих типов бактерий; они мешают молекулам, которые имеют решающее значение для целостности клеточной стенки микробов. Когда бактерия подвергается воздействию бета-лактамов, клеточная стенка может разрушиться и впустить воду, и в конечном итоге микроб взорвется.

Микробные белки, к которым может присоединяться пенициллин, были обнаружены десятилетия назад и были названы белками, связывающими пенициллин. Эти белки играют решающую роль в синтезе клеточных стенок бактерий. Но некоторые патогены, такие как Streptococcus pneumoniae, использованные в этом исследовании, не раскрываются, когда их клеточная стенка находится под угрозой; требуется другой фермент, называемый LytA.

LytA может сломать части клеточной стенки, как кувалдой. В ходе нормального деления клеток бактерии должны разрушить свои клеточные стенки. Но если фермент вызывает слишком большое разрушение, клетки взорвутся, отметил Бернхардт. Он хотел узнать больше о том, как контролируется эта деятельность.

Сотрудник HMS Жозуэ Флорес-Ким, доктор наук, обнаружил, что другой фермент, называемый TacL, и несколько других молекул контролируют, где находится LytA, и, таким образом, модулируют его активность. Флорес-Ким объяснил, что TacL помогает генерировать некую молекулярную цепь, которая находится в клеточной мембране. Другая, подобная молекула, находится в клеточной стенке. Вместе они соревнуются за LytA; молекула в мембране удерживает LytA там, кроме стены. Когда TacL удаляется или разрушается, что может произойти после воздействия пенициллина, молекула в клеточной стенке перемещает LytA туда, где фермент вызывает серьезное структурное повреждение. Окружающая вода может затем проникнуть внутрь и вызвать взрыв клетки.

«Обнаружение того, что TacL необходим для предотвращения взрыва бактерий, говорит о том, что он будет хорошей мишенью для антибиотиков», – сказал Бернхардт. «Если мы сможем блокировать его действие с помощью лекарственного средства, клетки лопнут».

Другие бактерии также имеют аналогичные механизмы контроля, поэтому данное исследование может также применяться к другим бактериальным патогенам.

DOI: 10.7554/eLife.44912

Вас также может заинтересовать:

• Искусственный интеллект нашел мощный новый антибиотик
• Умирающие бактерии, жертвуют собой, чтобы спасти свою колонию
• Теперь металлические поверхности могут быть мгновенными убийцами бактерий