Бактериите, причиняващи туберкулоза, могат да се развиват бързо в отговор на нови среди, се казва в проучването

Изследователите са установили как бактерията, която причинява туберкулоза (ТБ), може да еволюира бързо в отговор на нови среди, се казва в проучване, публикувано днес в eLife.

Както при другите видове бактерии, Mycobacterium tuberculosis (М. туберкулоза) е в състояние да образува сложни структури, наречени биофилми, които позволяват на бактериалните клетки да устоят на стресови фактори като антибиотици и имунни клетки. За това проучване изследователският екип еволюира популациите на М. туберкулоза в лабораторията и установи, че може да образува дебели биофилми поради мутации в генетични региони, които причиняват множество промени да се случат наведнъж. Тези открития биха могли да информират за разработването на антибиотици, насочени към растежа на биофилма.

Като втората водеща причина за смърт поради инфекциозни заболявания в световен мащаб, туберкулозата е сериозна заплаха за общественото здраве и има спешна нужда от нови стратегии за диагностициране, лечение и контрол на инфекцията.

„Туберкулозата остава предизвикателна инфекция за лечение поради способността на бактерията да персистира при антибиотичен и имунен натиск и да придобие нови лекарствени резистентности“, обяснява Мадисън Йънгблом, аспирант в лабораторията на старши автор Кейтлин Пеперъл, Университета на Уисконсин-Медисън ., САЩ, и съавтор на изследването заедно с Трейси Смит, Нюйоркски център за геноми, Ню Йорк, САЩ. „За по-добро лечение и контрол на туберкулозата, трябва да разберем източниците на устойчивостта на бактерията и да идентифицираме нейните уязвимости. Искахме да научим повече за това как тя е в състояние да образува биофилми чрез откриване на гените и генетичните региони, участващи в растежа на биофилма, както и както еволюира бактерията в отговор на промените в околната среда.”

За да направи това, екипът използва експериментална еволюция на М. туберкулоза – мощен инструмент за осветяване на силните страни и уязвимостите на бактерията, което доведе до важни прозрения за основните процеси, които ръководят нейната адаптация. Те са еволюирали шест тясно свързани М. туберкулоза щамове под селективен натиск, за да растат като биофилм. На редовни интервали от време те снимат биофилма и описват растежа му според четири критерия: колко течна повърхност покрива биофилма, неговото прикрепване и растеж на стените на съда, колко дебел е нараснал биофилма и непрекъснатостта на растежа (в сравнение с прекъснати петна на растеж).

Тяхната работа разкрива, че всеки щам е в състояние бързо да се адаптира към натиска на околната среда, с растежа на по-дебел и следователно по-здрав биофилм. Генетичните региони, които мутираха по време на експеримента, причинявайки този растеж на биофилма, бяха предимно регулатори като regX3, phoP, embR и Rv2488c. „Тези регулатори контролират активността на множество гени, което означава, че една мутация може да причини много промени наведнъж“, обяснява Youngblom. “Това е ефективен процес, който наблюдавахме, когато разгледахме различните характеристики на бактериите, като например техния размер на клетките и скоростта на растеж.”

Освен това, екипът откри доказателства, предполагащи, че генетичният фон на родителския щам на М. туберкулоза оказват влияние върху засиления растеж на биофилмите. Това означава, че взаимодействията между генетичните фактори могат да играят важна роля в адаптацията на М. туберкулоза към променящите се среди.

Бактериите са склонни да растат като биофилми в много контексти, включително инфекция на хора и други гостоприемници, както и по време на колонизацията на естествена и изградена среда. В медицински контекст, прозренията, получени от нашата работа, могат да бъдат използвани за изследване на потенциални нови антибиотици, които са по-способни да атакуват бактерии, които растат по този начин. Представяме си, че подобни насочени към биофилм терапии за туберкулоза вероятно биха били добавки към конвенционалната терапия, за да помогнат за съкращаване и опростяване на настоящите стратегии за лечение.”

Кейтлин Пеперъл, старши автор, главен изследовател, Университет на Уисконсин-Медисън

Източник:

Справка в списанието:

Смит, TM, et al. (2022) Бърза адаптация на сложна черта по време на експерименталната еволюция на Mycobacterium tuberculosis. eLife. doi.org/10.7554/eLife.78454.

.