Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Сказка о беспомощном микробе
Как назвать микроб, который не может синтезировать все необходимые для выживания метаболиты? Беспомощный! Проблемный! Такому остается только сочувствовать.
Но этот микроб с вами не согласится. Это далеко не беспомощность. На самом деле, микробу удается не только похитить необходимые метаболиты из окружающего его микробного сообщества, но и повысить свою переносимость к противомикробным препаратам. Как же так? Ученые из Великобритании и ОАЭ обнаружили доказательства того, что присутствие таких несамостоятельных бактерий увеличивает метаболический обмен в микробном сообществе. Активный метаболический обмен улучшает способность микроба транспортировать соединения в клетку и из нее, в том числе выделяя противомикробные молекулы. Это, в свою очередь, улучшает общую устойчивость микробов к лекарственным препаратам. А как вы знаете, данная сопротивляемость напрямую связана со способностью микробов переносить эффекты противомикробного лечения.
Что такое ауксотрофия?
Такие “беспомощные” микробы называются ауксотрофами. Они не могут синтезировать один или несколько метаболитов, необходимые для их выживания. Примеры таких метаболитов включают аминокислоты, нуклеотиды и витамины. Напротив, прототрофные микробы могут синтезировать все необходимые питательные вещества для своего выживания. Ауксотрофы зависят от прототрофов и внешних добавок, получая доступ к недостающим питательным веществам.
Микробные сообщества состоят как из ауксотрофов, так и из прототрофов. Состав сообщества часто связан с самим хозяином. Это означает, что микробы выживают в среде обитания, которая предоставляется не микробным живым организмом, такими как человеческая кожа или кишечник. Но почему ауксотрофы предпочитают микробные сообщества, связанные с хозяином? Потому что питательный резервуар таких сред постоянно пополняется. Питательные вещества, предоставленные хозяином, в свою очередь, используются прототрофными микробами для создания метаболитов, в том числе и тех, которые не синтезируются в среде, специфичной для хозяина. Это обеспечивает высокую концентрацию различных метаболитов для ауксотрофов.
Как ауксотрофные бактерии влияют на окружающую среду?
Ауксотрофные бактерии изменяют обмен метаболитов микробного сообщества. Что такое метаболический обмен, спросите вы? Выживание всех микробов зависит от различных метаболитов. Чтобы использовать эти метаболиты, микробы должны транспортировать их внутри своей клеточной мембраны. Впоследствии, микробы переносят некоторые метаболиты, находящиеся в избытке, за пределы их клеточной мембраны. Этот цикл «вход-выход» создает явление, называемое потоком; транспорт метаболитов внутрь создает приток, а транспорт наружу – отток. Данный метаболический поток облегчает обмен питательными веществами между различными микробами. Ученые обнаружили, что добавление ауксотрофных микробов изменяет метаболический поток сообщества, заставляя окружающие микробы транспортировать больше метаболитов из своих клеток. В целом, на отток всех микробов в сообществе влияет добавление ауксотрофных бактерий, но собственная скорость оттока ауксотрофов изменяется больше, чем отток прототрофов.
Как микробы вырабатывают устойчивость к лекарствам благодаря ауксотрофии?
Ученые задались вопросом, может ли ауксотрофия, помимо метаболитов, усиливать отток противомикробных препаратов из клеток? И оказалось что может! Такие препараты как азол (противогрибковое соединение) подавляют рост грибковых клеток, препятствуя синтезу эргостерола. Эргостерол отвечает за поддержание целостности клеточной стенки грибка. Если грибковые клетки не могут синтезировать эргостерол, они распадаются из-за отсутствия прочной клеточной стенки. Чтобы избежать токсического действия азола, микробы должны быстро выводить его из своей клетки. Авторы статьи наблюдали за активностью ауксотрофных и прототрофных штаммов дрожжей. Они обработали отдельные культуры азолом, а затем измерили внеклеточные уровни препарата. Они обнаружили, что у ауксотрофов уровень внеклеточного азола выше, чем у прототрофов, что позволяет предположить, что ауксотрофы более эффективно “откачивают” лекарство. Они также заметили, что в присутствии азола ауксотрофы растут лучше, чем прототрофы. Наконец, ученые подчеркнули, что при совместном культивировании ауксотрофы также улучшали общую лекарственную устойчивость микробного сообщества ауксотрофов и прототрофов.
Что это означает для микробиологов?
Повышенная толерантность ауксотрофных дрожжей к противомикробным препаратам указывает на то, что ауксотрофия может играть потенциальную роль в определении уровней устойчивости микробов к лекарственным препаратам. Означает ли это, что ауксотрофия способствует устойчивости к противомикробным препаратам? Ответ на этот вопрос довольно неоднозначен и сложен.
Возьмем два микроба: А и В. А — ауксотроф, В — прототроф. Наличие ауксотрофии означает, что микроб A не может выжить без добавления метаболитов, производимые микробом B. Но и это же означает, что даже если ауксотрофный микроб A выживет после лекарства, он все равно может погибнуть, если микроб B не перенесет лечение! Эта сложная динамика микробного сообщества влияет на коллективную устойчивость к противомикробным препаратам, особенно в контексте сообществ, связанных с хозяином. Например, кишечник человека является резервуаром для такой микробной динамики. Он часто становится жертвой инфекций, и устойчивость к противомикробным препаратам является основным препятствием для лечения таких инфекций. Поэтому важно включать фактор хозяина в микробную динамику. Исследование, упомянутое в этой статье, является одним из многих, которые помогают разгадать тайны микробов шаг за шагом!
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Изображение: создано автором статьи
micro-bites.org 