Нормальные и мутантные Pseudomonas: округлые желтые колонии представляют собой нормальные (дикого типа) колонии Pseudomonas от пациента с муковисцидозом, а сплюснутые, рябые, радужные колонии представляют собой мутантные колонии lasR Pseudomonas от того же пациента. Оба растут на одной чашке Петри с питательным агаром. Мутации, которые позволяют Pseudomonas процветать при муковисцидозе легких, также могут защищать бактерии от антибиотиков. Изображение: Hemantha Kulasekara
(PhysOrg.com) – Некоторые бактерии вызывают хронические инфекции легких у людей с муковисцидозом. Выживание в этой бедной кислородом и богатой нитратами среде делает бактерии менее восприимчивыми к антибиотикам.
Люди с муковисцидозом часто страдают легочными инфекциями, которые не поддаются лечению. Муковисцидоз – это наследственное заболевание, при котором дыхательные пути закупориваются толстой слизистой. Хотя ожидаемая продолжительность жизни детей с муковисцидозом за последние несколько десятилетий увеличилась, многие жизни все еще укорачиваются в раннем взрослом возрасте из-за разрушительных воздействий инфекций легких.
Эти хронические инфекции часто вызываются обычными микробами окружающей среды, которые мутируют таким образом, что позволяют им жить и процветать в вязких выделениях легких. Согласно недавнему исследованию, проведенному доктором доктором Э. Лукас "Люк" Хоффман, доцент педиатрии Вашингтонского университета (UW).
Удивительно, добавил он, патогенам не требуется никакого предварительного воздействия антибиотиков, чтобы противостоять их воздействию. Результаты опубликованы в последнем выпуске PLoS Pathogen.
Исследователи изучили Pseudomonas aeruginosa, микроб, который может инфицировать пациента с муковисцидозом в раннем возрасте, а затем претерпевать различные изменения, вызывая хроническую инфекцию легких. Pseudomonas aeruginosa со специфическими изменениями, как правило, дает пациентам плохой результат. Некоторые из этих изменений уменьшают шансы искоренить инфекцию с помощью антибиотиков.
Исследователи отметили, что эти адаптивные изменения у Pseudomonas, все из которых вызваны генетическими изменениями, могут быть выбраны средой внутри дыхательных путей пациента. Начинают проявляться характеристики, способствующие выживанию микробов.
По словам Хоффмана, конкретные условия дыхательных путей, которые вызывают эти генетические изменения, остаются неясными. "Но," добавил он, "у нас есть некоторые подсказки из того, что известно о слизи в дыхательных путях."
По словам Хоффмана, с точки зрения псевдомонад, физических свойств муковисцидозной слизи, "сделать его отличным местом для вещей, которыми люди обычно дышат, чтобы открыть магазин." Секреции муковисцидоза содержат много нитратов и аминокислот, которые псевдомонады могут использовать для роста.
Внутри слизистой пробки низкий уровень кислорода. Некоторые штаммы Pseudomonas могут жить в этой бедной кислородом, богатой питательными веществами среде. Хоффман и его команда обнаружили, что мутация, которая часто встречается у Pseudomonas от пациентов с муковисцидозом, позволяет патогену лучше расти в питательной среде в секретах муковисцидоза. Эта конкретная мутация инактивирует ген под названием lasR. Псевдомонады с этой мутацией, по-видимому, претерпевают метаболический сдвиг: потребляют меньше кислорода при более эффективном использовании нитратов. Бактерии-мутанты lasR также могут справляться с окислительным стрессом, возникающим в результате дисбаланса повреждающих веществ, называемых свободными радикалами, образующихся быстрее, чем их можно детоксифицировать.
Одним из источников окислительного стресса, с которым сталкивается Pseudomonas, является лечение антибиотиками, которое часто назначают людям с муковисцидозом. Антибиотики, такие как ципрофлоксацин и тобрамицин, частично убивают бактерии, вызывая перепроизводство свободных радикалов и вызывая окислительный стресс. Хоффман и его команда обнаружили, что, поскольку эти мутантные микробы устойчивы к окислительному стрессу, они были относительно устойчивы к этим антибиотикам при выращивании в условиях, похожих на муковисцидозную слизь.
"Мы узнали, что просто адаптируясь к условиям в дыхательных путях пациентов с муковисцидозом, мутировавшие Pseudomonas могут противостоять воздействию ципрофлоксацина и тобрамицина," Хоффман сказал. Им не требовалось никакого предшествующего воздействия этих антибиотиков, чтобы снизить их восприимчивость.
Хоффман и его команда подозревают, что Pseudomonas – не единственный микроб, который может это сделать. По словам Хоффмана, некоторые из характеристик, обусловленных мутацией Pseudomonas, также проявляются у других микробов, обнаруживаемых при хронических легочных инфекциях, таких как туберкулез или грибковый патоген Cryptococcus neoformans. Метаболические сдвиги могут быть способом, которым многие микробы берут верх над хозяевами – и над антибиотиками.
Этот отчет, по словам Хоффмана, может указать на новые идеи для лечения хронических инфекций легких. К счастью, колонии Pseudomonas с мутацией lasR относительно легко идентифицировать в больничных лабораториях по их характерному переливающемуся блеску. Поскольку мутант pseudomonas lasR ассоциирован с худшими исходами у пациентов с муковисцидозом, идентификация Pseudomonas с мутацией lasR может иметь прогностическое значение и может указывать на необходимость лечения специфическими антибиотиками, такими как монобактамы, тетрациклины или полимиксин, механизм действия которых отличается от ципрофлоксацин и тобрамицин. По словам исследователей, другие методы лечения могут быть нацелены на предотвращение адаптивных изменений, таких как мутация lasR, у Pseudomonas.