Ауксотрофы повышают лекарственную устойчивость микробных сообществ

Широкое распространение ауксотрофных микроорганизмов, неспособных самостоятельно синтезировать нужные для роста метаболиты, представляет собой трудно объяснимый парадокс. Международная группа ученых показала, что микробные сообщества, включающие ауксотрофы, имеют преимущество перед другими, так как более устойчивы к антимикробным препаратам. В результате активности ауксотрофов повышается концентрация внеклеточных метаболитов и изменяется метаболизм всего сообщества.

Credit:
Clara Correia Melo | Пресс-релиз

Во многих микробных сообществах присутствуют ауксотрофы — организмы, утратившие способность самостоятельно вырабатывать жизненно важные метаболиты, такие как аминокислоты, витамины или жирные кислоты. Долгое время ученые не понимали, какую роль играет присутствие таких микроорганизмов. Международная группа ученых показала, что сообщества, в которых присутствуют ауксотрофы, чаще обладают лекарственной устойчивостью.

Сначала авторы проанализировали, насколько широко распространены ауксотрофы, которые не могут вырабатывать все необходимые аминокислоты. Из 12 538 природных микробных сообществ, полученных в рамках Earth Microbiome Project, ауксотрофы отсутствовали только в шести. Причем в сообществах, связанных с организмом-хозяином, доля таких микроорганизмов была выше, чем в свободноживущих.

Для того, чтобы оценить, как ауксотрофы реагируют на различные препараты, ученые проанализировали воздействие 1 197 биоактивных веществ на 40 микроорганизмов из кишечного микробиома. Анализ показал, что ауксотрофные микроорганизмы чаще обладали устойчивостью к анализируемым веществам, чем прототрофы.

Механизм этого явления изучили на дрожжевой модели SeMeCos. На смесь прототрофов и ауксотрофов воздействовали 900 одобренными FDA препаратами в концентрации 10 µM. Сообщества с ауксотрофами чаще сопротивлялись ингибирующему действию препаратов, в частности азолов, которые часто используют для лечения грибковых инфекций.

Авторы показали, что ауксотрофы не только потребляют необходимые им соединения, они также выбрасывают в среду больше метаболитов, чем прототрофы. Присутствие ауксотрофов изменяет метаболизм всего сообщества, в результате чего уровни внеклеточных метаболитов повышаются.

Ранее ученые уже продемонстрировали, что клетки импортируют больше аминокислот, чем используют, и это может повлиять на устойчивость к стрессу. Поэтому они предположили, что изменения в экзометаболоме могут быть также связаны с резистентностью к препаратам. Авторы показали, что в присутствии избытка нутриентов клетки дикого типа были менее чувствительными к азолам.

Ауксотрофы повышают концентрации метаболитов в окружающей среде сообщества, что влияет на метаболизм всех его членов. По мнению авторов, оптимизация метаболизма может объяснить возросшую резистентность к лекарственным препаратам. Также с повышением экспорта метаболитов становится более интенсивным и выведение препаратов из клетки.

Источник

Jason S. L. Yu, et al. Microbial communities form rich extracellular metabolomes that foster metabolic interactions and promote drug tolerance // Nature Microbiology (2022), published March 21, 2022, DOI: 10.1038/s41564-022-01072-5

Добавить в избранное

Вам будет интересно