Известно, что медь обладает антибактериальными свойствами, однако результаты нового исследования позволяют предположить, медь используется в качестве сигнальной системы бактерий и играет важную роль в резистентности микроорганизмов к антибиотикам.
Исследователи из Китая обнаружили, что ряд антибиотиков вызывает аккумуляцию меди внутри Escherichia coli, и это увеличение концентрации подсказывает бактериям, как настроить свою защиту.
Рисунок из Nat. Chem. Biol., 2013, DOI: 10.1038/nchembio.1380
Пен Чень (Peng Chen) из Университета Пекина заявляет, что толерантность по отношению к антибиотикам долгое время связывалась с гомеостазом внутриклеточных ионов металлов, однако до настоящего времени не сообщалось о непосредственном участии меди в резистентности бактерий по отношению к антибиотикам.
Исследователи изучали механизм антибиотической резистентности, известный под названием Mar, действие которого основано на том, что бактерия разрушает и выталкивает из своей цитоплазмы антибиотики, регулируя это процесс при участии белка MarR. В обычном состоянии белок MarR связан с ДНК, что блокирует экспрессию генов резистентности, однако когда бактерию атакуют антибиотики или токсичные химические вещества, белок MarR отщепляется ДНК, что активирует механизм Mar.
Проведенные с применением различных металлов исследования in vitro показали, что медь вызывает отщепление белка MarR, последующие изыскания продемонстрировали, что введение меди в Escherichia coli увеличивает упровень экспрессии генов, отвечающих за резистентность к антибиотикам. Чень заявляет, что медь окисляет цистеиновые фрагменты белков MarR, приводя к образованию дисульфидных связей, а образование дисульфидных связей ведет к образованию тетрамерных ассоциатов белка MarR, которые непрочно связываются с ДНК и легко диссоциируют.
Для выяснения того, как этот сигнал меди связан с антибактериальными соединениями, исследователи использовали флуоресцентные пробы. Так, было найдено, что использующаяся в качестве антисептика салициловая кислота, а также антибиотики норфлаксин и ампицилин ответственны за образование реакционноспособных кислородсодержащих частиц, таких как перекись водорода и гидроксил-радикалы. Эти частицы-окислители повреждают содержащие медь белки мембраны бактерий, окисляя медь(I) до меди(II), которая затем аккумулируется в цитоплазме клетки.
Как отмечает Чень, результаты, полученные в ходе работы, позволяют не только получить новую информацию о природе резистентности, но и могут помочь разработать новые способы борьбы с этой резистентностью. Как заявляет исследователь, поскольку существующие антибиотики инициируют медный сигнал, задача исследователей – разорвать эту связь, разработав новые соединения, которые не приводили бы к попаданию меди(II) в цитоплазму. Он добавляет, что есть вероятность того, что сходный механизм резистентности может реализовываться и для других штаммов бактерий, таких как возбудители туберкулеза Mycobacterium tuberculosis.
Дэвид Ливермор (David Livermore), эксперт по резистентности бактерий к антибиотикам из Университета Восточной Англии высоко оценивает элегантность работы китайских коллег, добавляя, однако, что есть и другие механизмы, которые нужно блокировать, чтобы не дать бактерии выработать резистентность.
Источник: Nat. Chem. Biol., 2013, DOI: 10.1038/nchembio.1380
