Благодаря совместной работе ученых из Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, Медицинской школы Нью-Йоркского университета, а также Медицинского института Говарда Хьюза, был открыто ключевое звено в обмене веществ бактерий, открывающее новые перспективы по борьбе с их устойчивостью к антибиотикам. Результаты исследований, полученных при поддержке Российского научного фонда (РНФ), отражают прорывной подход к пониманию работы бактериальных клеток и оптимистично сулят новые методы борьбы с такими патогенами, как Escherichia coli, особенно к устойчивым препаратам — гентамицину, цефотаксиму, эритромицину и рифампицину.
Пентозофосфатный путь — биохимический «регулятор»
Одно из главных открытий заключалось в том, что метаболический путь, называемый пентозофосфатным, выступает своеобразным «переключателем», определяющим чувствительность к антибиотикам. Управление уровнем рибозы — критически важного сахара, из которого строятся ДНК и РНК, — осуществляется благодаря точной работе ферментов этого пути. Исследователи обнаружили, что если в генах, отвечающих за работу двух ключевых ферментов, происходят мутации, клетка теряет контроль над содержанием рибозы. Это провоцирует увеличение восприимчивости бактерий к широкому спектру антибиотиков.
Пентозофосфатный путь исторически эволюционировал: из простых последовательных реакций он превратился в сложный цикл, позволяющий гибко реагировать на смену питательных условий и стресс. На первой стадии процесса клетка строит рибозу из глюкозы для построения своих жизненно важных компонентов. Всё, что не было израсходовано, вновь вовлекается в обмен веществ на следующем этапе. Такой «замкнутый круг» позволяет Escherichia coli и другим бактериям экономно расходовать ресурсы и поддерживать рост с учетом окружающих условий.
Вклад Татьяны Серегиной и значение исследования
Один из ключевых вкладов в проект принадлежит Татьяне Серегиной, принимавшей активное участие в структурном и функциональном анализе работы пентозофосфатного пути у бактерий. Команда пришла к потрясающему выводу: нарушение тонкой настройки синтеза рибозо-5-фосфата может сделать даже ранее устойчивых патогенов чувствительными к распространённым антибиотикам. Иными словами, снижение контроля над рибозой у бактерий превращается в их слабое место, которым может воспользоваться современная медицина.
Новые горизонты в антимикробной терапии
Эти достижения значительно повышают надежды на преодоление мировой проблемы антибиотикорезистентности. Возможность комбинирования препаратов, воздействующих на обмен рибозы в клетках, открывает двери для создания эффективной терапии даже против сложных, мультирезистентных штаммов. Теперь становится реальным разрабатывать медикаменты, способные выводить патогены из состояния защиты, ослабляя их внутренние резервы за счет сбоев в их метаболических циклах.
Иными словами, вмешательство в «центр управления» сахарным обменом бактерии — оригинальный и научно обоснованный способ повысить их уязвимость. Особое внимание в исследовании уделялось стандартным моделям — штаммам Escherichia coli, которые традиционно тестируют на чувствительность к антибиотикам, включая гентамицин, цефотаксим, эритромицин, рифампицин. Полученные результаты подтверждают: при неправильной работе ферментов пентозофосфатного пути устойчивость к этим популярным препаратам заметно снижается.
Оптимизм на будущее: борьба с инфекциями становится реальнее
За почти вековую историю применения антибиотиков человечество неоднократно сталкивалось с нарастающей проблемой резистентных штаммов. Однако современные открытия в молекулярной биологии вселяют оптимизм в будущее фармакологии. Исследования, финансируемые Российским научным фондом (РНФ) и реализуемые коллективом ведущих институтов мира, предоставляют мощную научную базу для перезагрузки терапии против сложнейших бактериальных инфекций.
Перспектива внедрения новых комбинированных препаратов, которые ориентируются не только на уничтожение микробов, но и на блокирование их обмена веществ, выглядит особенно обнадеживающе. Такой подход может стать универсальным инструментом для снижения заболеваемости и смертности от инфекций в глобальном масштабе.
Потенциал дальнейшего развития этого направления кажется практически неограниченным. Участие научных команд России и зарубежных партнеров демонстрирует, что международное сотрудничество способно давать впечатляющие результаты и задавать новые стандарты в современном здравоохранении.
В рамках инновационного научного исследования учёные выбрали Escherichia coli — известную кишечную палочку — в качестве модельной бактерии для изучения метаболических процессов. Используя передовые методы генной инженерии, специалисты разделили бактерии на три группы, каждая из которых имела уникальные изменения в генах. В первой группе был устранён ген, регулирующий начальный этап пентозофосфатного пути, во второй — инактивировали следующий этап этого же биохимического процесса. В третьей группе специалисты объединили обе мутации, в результате чего синтез рибозы в клетках напоминал древний, однонаправленный путь биосинтеза. Подобный процесс до сих пор сохраняется у архей — представителей самых древних форм жизни, а также у части микрофлоры кишечника и в растительном мире.
Гибкость метаболизма и устойчивость роста
В ходе экспериментов учёные выяснили, что независимо от того, какой именно этап пентозофосфатного пути был нарушен, скорость размножения и роста бактерий оставалась практически неизменной. Это свидетельствует о высокой гибкости клеточного обмена веществ — бактерии легко переходили с одного способа синтеза рибозы на другой, компенсируя изменения в метаболизме. Однако при более детальном анализе обнаружились интересные отличия: если в клетках был нарушен первый этап пентозофосфатного пути, E. coli становились более уязвимы перед действием четырёх популярных антибиотиков — гентамицина, цефотаксима, эритромицина и рифампицина. Особенно заметным было влияние антибиотиков в тех случаях, когда были выключены оба этапа пентозофосфатного пути — при этом выживала лишь небольшая часть клеток, около 1%, что говорит о существенной потере устойчивости.
Роль рибозы в формировании устойчивости
Один из ключевых результатов эксперимента — обнаружение связи между накапливанием рибозы в клетках и их восприимчивостью к антибиотикам. Мутантные штаммы с избытком рибозы в цитоплазме проявляли чувствительность к антимикробным препаратам. Когда учёные генетически оптимизировали такие клетки, позволяя им активнее расходовать рибозу, устойчивость к антибиотикам возвращалась к исходному уровню. Это позволило сделать важное заключение: метаболическая "иммунная система" бактерий во многом зависит от баланса между синтезом и использованием рибозы. Такая зависимость открывает новые перспективы в борьбе с бактериальной резистентностью: регулирование внутреклеточного содержания рибозы способно повысить эффективность лечения инфекционных заболеваний.
Вдохновляющие перспективы для медицины
Полученные в ходе исследования результаты вдохновляют на дальнейшие шаги и разрабатывают новые подходы в терапии бактериальных инфекций. Появляется реальная возможность воздействовать на ферменты и процессы, связанные с пентозофосфатным путём и обменом рибозы, для повышения уязвимости патогенных бактерий перед наиболее востребованными антибиотиками. Такие стратегии могут значительно увеличить эффективность существующих антимикробных препаратов и помочь справиться с проблемой устойчивости болезнетворных микроорганизмов.
Планы на дальнейшие исследования
Как отмечает Татьяна Серёгина, старший научный сотрудник лаборатории генетической регуляции метаболических процессов Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, следующими важными шагами станет изучение роли рибонуклеозидов — предшественников элементов структуры РНК — как возможных регуляторов бактериальной чувствительности к антибиотикам. Это направление открывает широкие горизонты для создания новых, эффективных и безопасных лечебных стратегий, которые способны взять под контроль сложные бактериальные инфекции, актуальные для современной медицины. Исследование не только вносит вклад в фундаментальное понимание механизмов антибиотикорезистентности, но и дарит надежду на появление принципиально новых методов в борьбе с инфекциями.
Открытие новых механизмов борьбы с устойчивостью бактерий
В современной медицине одной из самых острых проблем является растущая устойчивость бактерий к антибиотикам. Недавние научные исследования выявили уникальный механизм, с помощью которого бактерии способны контролировать обмен сахарами внутри клетки. Этой особенностью они пользуются для адаптации к агрессивным условиям, включая воздействие антибиотиков. Открытие такого "переключателя" метаболизма наделяет ученых новыми возможностями в борьбе с инфекциями, которые ранее практически не поддавались лечению.
Новые перспективы для медицины и человечества
Механизм регулирования обмена сахаров у бактерий может стать отправной точкой для создания принципиально новых лекарств. Благодаря этому открытию специалисты смогут разрабатывать препараты, которые не только подавляют бактерии, но и препятствуют развитию у них устойчивости. Впереди открываются захватывающие перспективы: здоровье людей сможет быть защищено еще эффективнее, а врачи получат дополнительные инструменты для лечения сложнейших инфекций. Таким образом, необычные свойства бактерий, казавшиеся ранее сложными вызовами, сегодня становятся ресурсом для новых побед науки и медицинского прогресса.
Источник: indicator.ru
