Как высыхание туберкулезной микобактерии влияет на мутации устойчивости.
Как высыхание туберкулезной микобактерии влияет на мутации устойчивости.
Туберкулез и в XXI веке остается самым смертоносным инфекционным заболеванием в мире. Многие факторы способствуют успеху Mycobacterium tuberculosis (Mtb) как патогена, в том числе резистентность к антимикробным препаратам. Mtb передается воздушно-капельным путем, покидая организм инфицированного человека в аэрозольных каплях, которые быстро испаряются. При каждой передаче от хозяина к хозяину бактерия оказывается в суровых условиях, включая обезвоживание. Адаптации к высыханию изучены у многих свободноживущих бактерий, но что происходит в этих условиях с Mtb, оставалось неясным. В Nature Microbiology опубликована статья исследователей из США, которые продемонстрировали, что высыхание для туберкулезной микобактерии - это регулируемое физиологическое состояние, активно изменяющее ее биологию. В этом процессе участвуют окислительные повреждения ДНК и несовершенная репарация, приводящая к мутагенезу, а результатом может быть устойчивость к рифампицину.
Авторы высушивали клетки Mtb на специальном фильтре, имитируя высыхание аэрозоля. После высушивания количество колониеобразующих единиц снижалось, однако регидратация восстанавливала жизнеспособность бактерий. Транскриптомный и метаболомный анализы показали, что восстановление сопровождалось значительными изменениями в функции клеток. Высушенные бактерии накапливали активные формы кислорода, в них происходило окисление биомолекул, в том числе липидов и нуклеотидов, а также разрывы ДНК. Резко возрастала активность генов, связанных с защитой от окислительного и осмотического стресса и различными путями репарации ДНК, тогда как трансляция и окислительное фосфорилирование подавлялись.
Тем не менее репарация ДНК оказалась несовершенной. После обезвоживания число клеток Mtb с мутациями устойчивости к рифампицину возрастало в 50-100 раз, что указывает на мутагенное действие высыхания.
Среди генов, активность которых изменялась при высыхании, авторы обратили внимание на mfd. Его продукт Mfd - ДНК-транслоказа, участвующая в репарации ДНК, связанной с транскрипцией. Фермент распознает РНК-полимеразу, заблокированную на поврежденном участке ДНК, разрушает транскрипционный комплекс и привлекает к этому участку механизмы репарации. Репарация играет важную роль в реакции на стресс обезвоживания. В то же время Mfd может быть «фактором эволюционной изменчивости» бактерий, способствуя возникновению мутаций устойчивости к антибиотикам.
Сайленсинг (подавление экспрессии) mfd не повлиял на выживание Mtb после обезвоживания, но снизил количество устойчивых к рифампицину мутаций. При этом на уровень мутаций после культивирования в условиях дефицита питательных веществ он не повлиял. Хотя высушивание было связано с увеличением количества мутантов, устойчивых к ципрофлоксацину, от активности mfd их число не зависело.
Рифампицин - антибиотик первой линии для лечения туберкулеза, а устойчивость к нему связана с худшими клиническими исходами и необходимостью применения альтернативных многокомпонентных схем лечения. Почти всегда ее причиной становятся мутации в небольшом участке β-субъединицы РНК-полимеразы (RpoB). Авторы сделали интересное наблюдение: самая распространенная мутация, замена серина на лейцин в позиции 450 (RpoB-S450L), при подавлении активности mfd практически исчезала, ее заменила вторая по частотности мутация - RpoB-H445Y.
Картирование случаев передачи туберкулеза между людьми указывает на низкий уровень мутаций в каждом цикле передачи – 0-5 на геном. Вопрос в том, насколько высыхание может увеличивать это значение. Также пока неясно, ограничивается ли роль ДНК-транслоказы Mfd возможностью приобретения устойчивости к рифампицину. Возможно, она также смягчает потерю приспособленности, вызываемую естественными мутациями, в том числе теми, которые могут влиять на распространение патогена. Поэтому исследования существования Mtb вне организма хозяина могут оказаться важными для борьбы с туберкулезом.