Персистирующие клетки и загадка выживания биопленок

Аннотация

Настоящий обзор посвящен давней загадке, касающейся жизни и смерти бактериальных популяций, – загадке существования небольшой фракции практически неуязвимых клеток. Подобные клетки (так называемые персистеры) постоянно возникают в популяции, не размножаются, но и не погибают в присутствии бактерицидных агентов. Эти клетки были обнаружены еще в 1944 г., но их природа и механизмы их множественной лекарственной устойчивости (multidrug tolerance, MDT) до последнего времени оставались неясными. Наши исследования показали, что персистеры в значительной степени ответственны за трудности излечения инфекций, вызываемых бактериальными биопленками. То обстоятельство, что большинство инфекционных заболеваний в развитых странах связано с биопленками, и возродило интерес к персистерам. Нами был разработан метод выделения персистирующих клеток и получен профиль экспрессии генов в персистерах Escherichia coli. Была обнаружена повышенная экспрессия модулей «токсин – антитоксин», а также генов, способных блокировать важные клеточные функции, такие как трансляция. Бактерицидные антибиотики убивают клетки, нарушая жизненно важные функции. К примеру аминогликозиды прерывают трансляцию, что приводит к образованию токсичных пептидов. Прекращение трансляции вызывает выключение многих клеточных функций, лишая антибиотики их мишеней, и, как следствие, приводит к появлению толерантных персистирующих клеток. Оверпродукция таких кодируемых хромосомами «токсинов», как RelE (ингибитор трансляции) или HipA, вызывает резкий рост числа персистирующих клеток. Делеция в модуле hipBA, напротив, приводит к заметному снижению числа персистеров как в стационарной культуре, так и в биопленке. Таким образом, HipA – это первый ген, для которого твердо установлена связь с MDT и персистерами. Мы полагаем, что функция подобных «токсинов» противоположна смыслу этого термина и состоит в том, чтобы защищать клетки от летальных повреждений. Предполагается, что стохастические колебания в концентрации белков, ответственных за MDT, ведут к образованию немногочисленных персистирующих клеток. Персистеры являются альтруистическими клетками, которые жертвуют собственным размножением ради выживания родственных клеток в присутствии летальных факторов.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи: