Инфекции можно победить, спровоцировав «войну» между разными бактериальными штаммами

Бактерий, несмотря на их одноклеточность, вполне можно отнести к социальным организмам. Они формируют сложные сообщества, которые сотрудничают или конкурируют между собой, причем эти отношения осуществляются путем передачи определенных молекулярных сигналов. В большинстве бактериальных сообществ регулярно происходят «войны» за ресурсы с другими штаммами. В процессе эволюционной гонки вооружений бактерии научились производить разнообразное молекулярное «оружие»: от антибиотиков широкого спектра действия до токсинов, специфически атакующих лишь определенные штаммы.

К примеру, широко известная кишечная палочка (Escherichia coli) может продуцировать токсические белки-колицины, способные разрушать в клетках конкурентных штаммов-собратьев молекулы ДНК, нарушать процесс синтеза белка и компонентов клеточной стенки и т.п. При этом сами производители оказываются устойчивыми к действию собственных колицинов. Обычно объем синтеза и выброса в окружающую среду колицинов невелик, но он резко возрастает при клеточном стрессе и повреждении клеточных структур как ответ на вероятную атаку противника.

Некоторые бактериальные штаммы выделяют молекулы, которые усиливают синтез токсинов у «соседей», провоцируя их на агрессию. Эволюционный смысл этого феномена до недавнего времени был непонятен, так как экспериментальные данные и математические расчеты показывали, что такая провокация должна быть невыгодна самому провокатору, потому что может вызывать ответные контратаки. Однако группа британских специалистов из Имперского колледжа Лондона и Оксфордского университета с помощью экспериментов и математического моделирования показали, что в некоторых ситуациях преимущества провокации превышают затраты на нее.

Оказалось, что провоцировать на агрессию невыгодно лишь в случае наличия только одного бактериального «противника». Если же конкурирующих штаммов несколько, а сам провокатор к тому же обладает устойчивостью к выделяемым ими токсинам, то такой ход заставляет конкурентов сражаться друг с другом, что заканчивается их взаимным уничтожением или, как минимум, ослаблением.

Но что если взять вещества, сходные с токсинами или способные усилить их выброс бактериями, и использовать их для манипуляции агрессивным поведением бактериальных сообществ? Чтобы проверить эту идею, исследователи провели эксперимент, в ходе которого к культурам смешанных сообществ бактерий E. coli был добавлен противоопухолевый антибиотик митомицин С, способный повреждать ДНК и активировать продукцию колицинов. Таким способом действительно удалось развязать «войну» между бактериями, которая привела к существенному сокращению их общей численности.

Результаты этой работы могут стать плацдармом для борьбы с так называемыми биопленками – хорошо организованными колониями взаимодействующих видов бактерий, заключенных в полимерный матрикс и прикрепленных к той или иной поверхности. Эти прочные бактериальные структуры распространены повсеместно: они могут нарастать на речных камнях и внутри водопроводных труб, покрывать эмаль наших зубов и стенки кишечника, медицинские имплантаты и катетеры, контактные линзы… Опасность биопленок в том, что их очень трудно разрушить, так как антибиотики и другие терапевтические препараты в них практически не проникают. Возможно, принцип «разделять и властвовать» удастся применить и в случае таких трудноизлечимых инфекций, если состав бактериального сообщества, ответственного за их развитие, будет известен.

Фото: https://www.flickr.com

Подготовила Мария Перепечаева