Японские молекулярные биологи исследовали белок-транспортер на поверхности гемофильной палочки — известного возбудителя пневмонии — и выяснили, что этот белок способен выкачивать из клетки бактерии самые разные антибиотики, то есть является предвестником широкой лекарственной устойчивости. В то же время гемофильная палочка бессильна против желчных кислот — то есть у нее нет приспособлений для жизни в кишечнике. Значит, широкая устойчивость к антибиотикам возникла задолго до того, как бактерии поселились в организме человека. Работа опубликована в журнале Communications Biology.
У грамотрицательных бактерий (с утолщенной клеточной стенкой) есть несколько способов уклониться от атаки антибиотиков: можно не впускать их внутрь клетки, заблокировать их работу или изменить течение тех внутриклеточных реакций, на которые они нацелены. Но широкая лекарственная устойчивость, при которой на клетку не действуют сразу несколько классов антибиотиков, возможна только в одном случае: если бактерия производит насос, который откачивает все подозрительные молекулы из клетки.
Мартин Цвама (Martijn Zwama) и его коллеги из Университета Осаки исследовали белковый насос у грамотрицательной бактерии Haemophilus influenzae — бактерию, которую описали когда-то как возбудитель гриппа, хотя позже выяснилось, что вызывает она только пневмонию. Сама по себе гемофильная палочка не обладает широкой лекарственной устойчивостью и обычно поддается терапии антибиотиками из группы 𝛽-лактамов (к которым, в частности, относится пенициллин). Тем не менее, на поверхности клеток этой бактерии исследователи обнаружили насос AcrB-Hi, способный выкачивать антибиотики из клетки.
Ученые сравнили ArcB-Hi с другим белковым транспортером — ArcB-Ec — который хорошо изучен у кишечной палочки Escherichia coli. Оказалось, что по аминокислотному составу они похожи примерно на треть. Затем исследователи взяли последовательности еще 393 аналогичных белков у грамотрицательных бактерий и построили филогенетическое дерево. Оказалось, что насосы у гемофильной и кишечной палочек крайне далеки друг от друга, и насос кишечной палочки эволюционно самый молодой.
Тем не менее, по свойствам два белка-транспортера оказались похожи. ArcB-Ec не специфичен и позволяет выбрасывать из клетки самые разные вещества — не только антибиотики, но также красители, детергенты и желчные кислоты. ArcB-Hi тоже смог избавить клетку от антибиотиков и красителей, правда, с меньшей эффективностью. А вот против солей желчных кислот насос гемофильной палочки оказался бессилен.
Таким образом, ученые обнаружили, что широкая лекарственная устойчивость появилась еще у общего предка гемофильной и кишечной палочек. Тем не менее, древние белки-транспортеры неспособны справиться с желчными кислотами, которые постоянно присутствуют в кишечнике человека. Это значит, что множественная устойчивость появилась до того, как бактерии поселились в нашем организме, а использование антибиотиков лишь ускорило ее распространение.
Зачем бактериям понадобился насос ArcB в отсутствие антибиотиков, исследователям пока неизвестно. Они предполагают, что у него могла быть другая физиологическая роль: например, он мог помогать выбрасывать из клетки сигнальные молекулы, с помощью которых бактерии регулируют жизнедеятельность своих соседей.
От редактора
В изначальной версии статьи гемофильная палочка была ошибочно названа возбудителем гриппа. На самом деле, так считали только в самом начале ее изучения, сейчас же она известна как возбудитель пневмонии. Редакция приносит свои извинения.
Устойчивость бактерий к антибиотикам распространяется очень быстро, быстрее, чем новые антибиотики появляются на рынке. Например, на то, чтобы добраться из Индии в Арктику, гену устойчивости к карбапенемам — группе антибиотиков последнего поколения — понадобилось всего несколько лет.
Полина Лосева