За първи път изображения с висока резолюция показват как животоспасяващи антибиотици преминават през здравия външен слой на бактериите, за да ги унищожат.

Изследването на University College London и Imperial College London се фокусира върху антибиотици, наречени Полимиксин Б, които убиват вредни грам-отрицателни бактерии като Е. коли.

Тези бактерии са изключително трудни за лечение поради здравия си външен повърхностен слой, подобен на „броня“, която блокира повечето антибиотици.

Точният механизъм, по който антибиотиците разрушават бронята и в крайна сметка убиват бактериалната клетка, дълго време оставаше неясен.

Използвайки усъвършенствана атомно-силова микроскопия за заснемане на изображения с висока резолюция, екипът наблюдава незабавна и разрушителна реакция.

„Беше невероятно да видим ефекта на антибиотика върху бактериалната повърхност в реално време. Нашите изображения на бактериите директно показват доколко полимиксините могат да компрометират бактериалната броня“, заявява Каролина Борели.

„Сякаш клетката е принудена да произвежда „тухли“ за външната си стена с такава скорост, че стената се разрушава, позволявайки на антибиотика да проникне“, добави Борели в прессъобщението.

Принуждаване на бактериите да свалят бронята си

В експериментите се вижда как антибиотикът моментално предизвиква издатини и подуване по външната повърхност на клетката на Е. коли.

Антибиотикът задейства фатален самосаботаж в бактерията. Първоначалните повърхностни издатини бързо са последвани от трескаво производство и едновременно отделяне на външната броня от клетката на Е. коли.

Този бърз процес създава пролуки в защитата на бактериалната клетка, което позволява на антибиотика да проникне и да я убие.

Най-изненадващото откритие е сериозното ограничение на антибиотика: този смъртоносен процес се случва само когато бактериалната клетка е активна и расте.

Ако бактериите са в латентно състояние или „спят“, производството на тяхната броня е изключено, което прави полимиксиновия антибиотик напълно неефективен.

„В продължение на десетилетия предполагахме, че антибиотиците, насочени към бактериалната броня, могат да убиват микробите във всяко състояние, независимо дали се размножават активно, или са в латентно състояние“, обяснява д-р Андрю Едуардс.

„Но това не е така. Чрез заснемането на тези невероятни изображения на единични клетки успяхме да покажем, че този клас антибиотици работи само с помощта на самата бактерия и ако клетките преминат в състояние, подобно на хибернация, лекарствата вече не действат – което е много изненадващо“, посочва Едуардс.

Латентността е ключова стратегия за оцеляване на бактериите, която им позволява да избегнат лечението и по-късно да се „събудят“, за да причинят повтарящи се инфекции.

Това обяснява защо някои инфекции са толкова трудни за изкореняване.

Нови лечения

Лабораторните експерименти потвърждават, че Полимиксин Б ефективно убива активни Е. коли, но се проваля срещу латентни клетки.

Антибиотикът става ефективен, когато на латентните клетки се даде захар (източник на храна), но едва след 15-минутно забавяне. Това време е необходимо на бактериите да се събудят и да рестартират производството на външната си броня.

Освен това наблюденията показват, че когато антибиотикът е ефективен, бактериите отделят повече броня и развиват повърхностни издутини.

„Наблюдавахме, че разрушаването на най-външната броня на бактериите се случваше само когато те консумираха захар. След като разбрахме това, можахме бързо да установим какво се случва“, твърди д-р Ед Дъглас.

Тези прозрения сега насочват следващото предизвикателство пред екипа: разработването на нови стратегии за лечение.

„Една стратегия може да бъде комбинирането на лечение с полимиксин – колкото и да е нелогично – с терапии, които насърчават производството на броня и/или събуждат „спящите“ бактерии, така че и тези клетки да могат да бъдат елиминирани“, категоричен е професор Барт Хогенбум.

В крайна сметка изследователите подчертават необходимостта да се вземе предвид състоянието на бактериите (активно срещу латентно) при оценката на ефективността на антибиотиците.

Тези открития са важни, като се има предвид, че резистентните на лекарства инфекции убиват над един милион души годишно, пише в статията, публикувана в сп. Nature Microbiology.