Генетические мутации обеспечивают эффективную эволюцию бактерий, вызывающих туберкулез

Исследователи определили, как бактерия, вызывающая туберкулез (ТБ), может быстро развиваться в ответ на новые условия, говорится в исследовании, опубликованном сегодня в электронная жизнь.


Как и в случае с другими видами бактерий, Микобактерии туберкулеза (М. туберкулез) способен образовывать сложные структуры, называемые биопленками, которые позволяют бактериальным клеткам противостоять стрессовым факторам, таким как антибиотики и иммунные клетки. Для этого исследования исследовательская группа выделила популяции М. туберкулез в лаборатории и обнаружили, что он может образовывать толстые биопленки из-за мутаций в генетических областях, которые вызывают одновременное возникновение нескольких изменений. Эти результаты могут помочь в разработке антибиотиков, направленных на рост биопленки.

Являясь второй по значимости причиной смерти от инфекционных заболеваний во всем мире, туберкулез представляет собой серьезную угрозу для общественного здравоохранения, и существует острая необходимость в новых стратегиях диагностики, лечения и контроля инфекции.

«Туберкулез остается сложной инфекцией для лечения из-за способности бактерии сохранять устойчивость перед лицом антибиотиков и иммунного давления, а также приобретать устойчивость к новым лекарствам», — объясняет Мэдисон Янгблом, аспирант лаборатории старшего автора Кейтлин Пепперелл, Университет Висконсин-Мэдисон. , США, и соавтор исследования вместе с Трейси Смит, Нью-Йоркский центр генома, Нью-Йорк, США. «Чтобы лучше лечить и контролировать туберкулез, нам необходимо понять источники устойчивости бактерий и выявить их уязвимые места. Мы хотели узнать больше о том, как они способны образовывать биопленки, обнаружив гены и генетические области, участвующие в росте биопленок, а также как бактерия развивается в ответ на изменения в окружающей среде».

Для этого команда использовала экспериментальную эволюцию М. туберкулез — мощный инструмент для освещения сильных и слабых сторон бактерии, который привел к важному пониманию фундаментальных процессов, управляющих ее адаптацией. Они развили шесть тесно связанных М. туберкулез штаммы под селективным давлением, чтобы вырасти в виде биопленки. Через равные промежутки времени они фотографировали биопленку и описывали ее рост в соответствии с четырьмя критериями: сколько поверхности жидкости покрыто биопленкой, ее прикрепление к стенкам чашки и рост вверх, толщина биопленки и непрерывность роста (по сравнению с прерывистые участки роста).

Их работа показала, что каждый штамм был способен быстро адаптироваться к давлению окружающей среды с ростом более толстой и, следовательно, более прочной биопленки. Генетические области, которые мутировали во время эксперимента, вызывая этот рост биопленки, были в основном регуляторами, такими как regX3, phoP, embR и Rv2488c. «Эти регуляторы контролируют активность нескольких генов, а это означает, что одна мутация может вызвать множество изменений за один раз», — объясняет Янгблом. «Это эффективный процесс, который мы наблюдали, когда изучали различные характеристики бактерий, такие как размер их клеток и скорость роста».

Кроме того, команда обнаружила доказательства, свидетельствующие о том, что генетический фон родительского штамма М. туберкулез оказало влияние на усиленный рост биопленок. Это означает, что взаимодействие между генетическими факторами может играть важную роль в адаптации М. туберкулез к изменяющимся средам.

«Бактерии склонны к росту в виде биопленок во многих случаях, включая заражение людей и других хозяев, а также во время колонизации естественной и искусственной среды», — говорит старший автор Кейтлин Пепперелл, главный исследователь Университета Висконсин-Мэдисон. «В медицинском контексте выводы, полученные в результате нашей работы, могут быть использованы для изучения потенциальных новых антибиотиков, способных лучше воздействовать на бактерии, размножающиеся таким образом. чтобы помочь сократить и упростить текущие стратегии лечения».