Большинство людей принимает антибиотики для лечения бактериальных инфекций. Но исследователи из университета Северной Каролины и университета Сан-Диего показали, что наши представления об антибиотиках просто как о «машинах для убийства» должны быть пересмотрены — возможно, конечной целью является образование биопленок. Работа, возглавляемая доктором Элизабет Шанк (Elizabeth Shank) и опубликованная в феврале 2015 г. в Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences, не только включает новый взгляд на то, как мы лечим инфекции, но также, что важно в первую очередь, меняет наше понимание того, почему бактерии продуцируют антибиотики.
«Долгое время мы думали, что бактерия производит антибиотики по тем же причинам, по которым их любим и мы — чтобы убивать другие бактерии, — сказала доктор Шанк. Однако мы также знаем теперь, что антибиотики могут иногда иметь прямо противоположный эффект, например, стимуляцию формирования биопленок — особых хорошо организованных сообществ микроорганизмов, взаимодействующих между собой».
На сегодняшний день известно, что большинство бактерий существуют в природе не в виде свободно плавающих клеток, а в виде специфически организованных биопленок. Есть масса всем нам хорошо известных примеров, например, зубной налет. Среди биопленок есть полезные, например, те, что защищают корни растений от биопатогенов, а есть и опасные — скажем, те, что образуются на поверхности медицинских катетеров или питательных трубок в больницах, вызывая дополнительные проблемы у пациентов. Причем известно, что сами бактерии в биопленках составляют лишь 5-35% массы биопленки, остальная часть — это межбактериальный матрикс. Такая форма существования предоставляет бактериям массу преимуществ в условиях воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и организма-хозяина. Микрофлора биопленки более устойчива к воздействию неблагоприятных факторов физической, химической и биологической природы по сравнению со свободно плавающими бактериями — они оказались очень устойчивы к воздействию ультрафиолетового излучения, дегидратации и вирусам, антибиотикам и факторам иммунной защиты.
Элизабет Шанк и ее команда показали, что продуцирование биопленок — это не просто некий побочный эффект. Они предположили, что эволюция бактерий могла идти в сторону продуцирования ими антибиотиков именно для того, чтобы впоследствии формировать биопленочные сообщества, а не только для того, чтобы развивать способности убивать.
«Что удивительно, в большинстве случаев формирование биопленок не является ответом бактерии на присутствие антибиотиков. Однако это может быть неспецифическим ответом на подобную угрозу, утверждает доктор Шанк. Мы обнаружили антибиотик, который вызывает активное формирование биопленок у бактерий, однако это никак не связано с его способностью убивать».
Эксперименты, проведенные Элизабет Шанк и ее командой, предварительно показали, что почвенная бактерия Bacilluscereus может стимулировать другую бактерию Bacillus subtilis (она присутствует в почве, а также в желудочно-кишечном тракте у человека) к формированию биопленки в ответ на выделение неизвестного вещества. Используя метод масс-спектрометрии, они идентифицировали это неизвестное вещество как тиоциллин — представитель класса пептидных антибиотиков — тиазолилов.
Доктор Шанк и ее коллеги считают, что тиоциллин в этой ситуации имеет две различные специфические функции, однако пока не понимают, как именно это работает. При модифицировании структуры тиоциллина таким образом, что он теряет свою антибиотическую активность (а стало быть, перестает быть опасным для бактерии) — это все равно не останавливает формирование ею биопленок.
«Это заставляет предположить, что антибиотики, опасные для одних бактерий, могут независимо и одновременно вызывать потенциально опасные формирования биопленок у других бактерий, и эти процессы могут запускаться через особые биохимические сигнальные пути, говорит доктор Шанк. Тот факт, что применение некоторых антибиотиков в медицине против тех или иных микроорганизмов может индуцировать формирование защитных и устойчивых биопленок у других микробов, должен вызвать серьезное обсуждение. Изучение и понимание этой деятельности имеет важнейшее значение для медицины».
