Увеличение расстояния между внутренней и внешней мембранами бактериальной клетки делает бактерии ухудшают передачу сигнала об опасности, делая их более уязвимыми для воздействия антибиотиков, пишут ученые из Бельгии, Великобритании и США в работе, опубликованной в журнале PLOS One.

Еще в 1960-х годах ученые описали многослойную архитектуру грамотрицательных бактерий, у которых, помимо внутренней мембраны, есть внешняя мембрана. Между ними находится периплазматическое пространство, в котором содержится пептидогликан — вещество, молекулы которого образуют каркас бактериальной клетки, поддерживают ее форму и защищает от разрушения. Многие антибиотики препятствуют синтезу пептидогликана или нарушают связи между его цепями, из-за чего разрушаются стенки клетки, и бактерии гибнут. Однако бактерии вырабатывают иммунитет к этим препаратам, и, хотя строение этих клеток изучено достаточно подробно, остается неясным как именно «работает» архитектура мембраны.

Абир Асмар (Abir Asmar) из Лувенского католического университета в Брюсселе и его коллеги из США и Великобритании решили ответить на этот вопрос, и провели исследование липопротеина Брауна (lpp). Это самый распространенный белок кишечной палочки (Escherichia coli), он ковалентно связан с внешней мембраной и с пептидогликаном и является важным компонентом, обеспечивающим стабильность оболочки.

В энтеробактериях, к семейству которых принадлежит кишечная палочка, целостность внешней мембраны и пептидогликана контролирует система регулирования синтеза капсул (Rcs). Эта система представляет собой сложную систему передачу сигналов между, по меньшей мере, шестью компонентами. Один из них, липопротеин RcsF, расположен во внешней оболочке клетки, и именно он распознает действие антибактериальных химических препаратов, и передает сигнал о тревоге дальше по Rcs.

Ученые предположили, что изменяя длину липопротеина Брауна, они смогут повлиять на расстояние между мембранами, и, таким образом, на работу Rcs. Для исследования они использовали бактерии кишечной палочки, у которых изменяли длину lpp и длину RcsF, меняя геном бактерий. Затем подопытные клетки подвергали действию двух веществ, используя мециллинам (бета-лактамный антибиотик) и соединение A22, которое ингибирует актиноподобный белок MreB. Показателем, который характеризует эффективность работы Rcs по передаче сигнала, был уровень активации гена PrprA-lacZ, которые рассчитывали относительно базального уровня в штамме бактерии дикого типа (без мутаций).

Увеличение длины Lpp ухудшает работу системы регулирования синтеза капсул (Rcs) во время стресса (график слева). Этому эффекту противодействует удлиннение чувствительного к стрессу RcsF (графики справа, удлиненный RcsF обозначен как RcsF +7). Красные и синие столбики означают результаты после воздействия химическими веществами (A22 и мециллинам), черным цветом указаны результаты без воздействия.Отношение индукции PrprA-lacZ (по оси Y) было рассчитано относительно базального уровня в бактерии дикого типа. Abir Asmar et al., PLOS One, 2017

Два штамма кишечной палочки с удлиненным липопротеином Брауна (lpp+14 и lpp+21) продемонстрировали значительное ухудшение уровня активации гена после воздействия А22 и мециллинама (P < 0.0001 по сравнению с диким типом). Клетки с удлиненной RcsF значительно лучше отвечали на оба препарата, чем клетки, которые несли пустую плазмиду (pAM238) или pRcsF (P < 0.0001).

Таким образом, даже небольшое увеличение размера периплазмы — пространства между внешней и внутренней мембранами — нарушило линию связи между мембранами, эффективно отключая внешнюю часть оболочки от цитоплазмы, где контролируется клеточное поведение. Авторы считают, что дальнейшее исследование чувствительности системы защиты от расстояния между мембранами может помочь сделать существующие антибиотики более эффективными.

Автор: Анна Зинина