Возбудитель гонореи использует гормональный фон человека, чтобы защититься от антибиотиков

Гонококк Neisseria gonorrhoeae — это возбудитель гонореи, который поражает слизистые человека, преимущественно урогенитального тракта. Для лечения гонореи часто используются антибиотики. Однако гонококк уже выработал устойчивость к сульфонамидам, макролидам, бета-лактамам, тетрациклинам и фторхинолонам. Сейчас гонорею лечат цефтриаксоном — антибиотиком из класса цефалоспоринов, но уже появились и устойчивые к нему штаммы гонококка. Для борьбы с антибиотиками у этой бактерии есть разные механизмы. Один из них — эффлюксный насос MtrCDE, который позволяет выкачивать препараты из клетки. При этом синтез таких насосов энергетически затратен для бактерии, поэтому экспрессия оперона mtrCDE регулируется репрессорным белком MtrR. Этот репрессор также подавляет ген rpoH, который кодирует сигма-фактор РНК-полимеразы и участвует в ответе на стресс.

Ранее ученые выяснили, что MtrR может связываться с некоторыми солями желчных кислот. Это изменяет конформацию репрессора, из-за чего он теряет сродство к ДНК, а экспрессия подавляемых им генов возобновляется. В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, та же группа исследователей изучила взаимодействия MtrR со стероидными гормонами.

С помощью изотермической титрационной калориметрии ученые подтвердили, что MtrR может связываться с прогестероном, эстрадиолом и тестостероном, а также с этинилэстрадиолом — искусственным эстрогеном, который входит в состав противозачаточных препаратов. При этом MtrR не связывается с холестерином (предшественником стероидных гормонов), с кортизолом (гормоном стресса) и с азитромицином (антибиотиком). Далее исследователи определили кристаллические структуры комплексов MtrR с прогестероном, эстрадиолом и тестостероном. Они выявили в белке карман, связывающий эти лиганды, и нашли аминокислотные остатки, которые обеспечивают это взаимодействие. Также биологи показали, что при связывании с этими стероидными гормонами в MtrR изменяется конформация ДНК-связывающего домена, что нарушает его взаимодействие с ДНК.

Далее исследователи провели ряд экспериментов на клетках гонококка. Сначала они определили минимальные ингибирующие концентрации стероидных гормонов, которые составили 127 мкМ для прогестерона, более 1175 мкМ для эстрадиола и 555 мкМ для тестостерона. Когда ученые нокаутировали ген mtrD, который кодирует компонент эффлюксного насоса, минимальные ингибирующие концентрации во всех трех случаях снизились. Это указывает на то, что стероидные гормоны также служат субстратами для эффлюксного насоса, то есть бактерия выкачивает из клеток потенциально токсичные гормоны. Также ученые выяснили, что при сублетальных концентрациях гормонов (50 мкМ) скорость роста гонококка не менялась, но повышалась устойчивость к азитромицину.

Чтобы выяснить, связано ли это с повышенной экспрессией оперона mtrCDE, ученые оценили экспрессию его компонента mtrC и гена rpoH, который также подавляется MtrR. Для этого они использовали штаммы гонококка с MtrR дикого типа и с нокаутом по нему. В анализ включили также комплементарный штамм, в котором экспрессировался и MtrR дикого типа, и мутантная форма MtrR. В присутствии стероидных гормонов экспрессия генов mtrC и rpoH повышалась в комплементарном штамме, но прекращалась при отсутствии MtrR или при выработке его мутантной формы. При этом таких изменений не происходило в экспрессии генов, которые не регулируются MtrR. Это указывает на то, что стероидные гормоны действительно могут связываться с MtrR, из-за чего он прекращает репрессию генов эффлюксного насоса, который, в свою очередь, обеспечивает бактерии устойчивость к антибиотикам.

Ученые отметили, что гонококк может эксплуатировать гормональный фон своего носителя, чтобы лучше выживать. Так, гонореей чаще болеют женщины, чем мужчины, а штаммы гонококка, выделенные из пациенток, фенотипически отличаются от тех, которые были выделены из пациентов. Такие штаммы чаще устойчивы к токсичным для бактерий веществам, например, к трипсину, который подавляет их рост. Кроме того, есть отличия в штаммах гонококка, выделенных из пациенток в разные фазы менструального цикла. Так, наименьшую лекарственную устойчивость имеют штаммы гонококка, которые были получены от женщин в фазу лютеинизации, когда концентрация прогестерона достигает своего пика. Впрочем, по мере менструального цикла уровни стероидных гормонов падают, что создает «окно уязвимости», в которое гонококк может успешно инфицировать женщин.

При этом для того, чтобы приспособиться к жизни в организме пациенток, гонококку необязательно нужны сами стероидные гормоны. Этинилэстрадиол, как показали эксперименты, тоже индуцирует экспрессию генов оперона mtrCDE и гена rpoH, то есть влияет на MtrR так же, как природные гормоны. Соответственно, гонококк может эксплуатировать и гормональные препараты, которые принимают люди.

Триклозан защитил бактерии от действия антибиотиков