Выживать вне организма синегнойной палочке помогают углеводы

Синегнойная палочка Pseudomonas aeruginosa — условно-патогенная бактерия, которая вызывает внутрибольничные инфекции. Чаще всего поражает людей с ослабленным иммунитетом, может быть причиной пневмонии или сепсиса. Хронические инфекции P. aeruginosa встречаются у 80% взрослых пациентов с муковисцидозом. Лечение инфекций, вызванных синегнойной палочкой, сильно осложнено из-за устойчивости госпитальных штаммов к антибиотикам. Однако вне организма человека и при его колонизации P. aeruginosa сталкивается с различными стрессовыми условиями.

Ученые из Центра Джона Иннеса (Великобритания) выяснили, какую роль в ответе на стресс у синегнойной палочки играют трегалоза и бактериальный гликоген. Известно, что дисахарид трегалоза защищает бактериальную клетку от неблагоприятных условий, в первую очередь от высыхания и осмотического стресса. Бактериальный гликоген — альфа-глюкан, состоящий из тысяч мономеров глюкозы, соединенных в разветвленные цепочки — у некоторых бактерий является фактором вирулентности. Метаболические пути продукции этих углеводов связаны. Однако функции трегалозы и гликогена, а также путь их синтеза у P. aeruginosa были слабо изучены.

Сначала исследователи создали модель биосинтеза трегалозы и гликогена. Предсказание путей биосинтеза было основано на сравнении набора генов синегнойной палочки и известных вариантах метаболических путей продукции углеводов. Эту модель удалось подтвердить при помощи единичных и множественных делеций генов, включенных в путь биосинтеза. Кроме того, для ключевых участников процесса ученые показали их роли in vitro. Например, предполагаемая гликогенсинтаза GlgA была способна синтезировать гликоген из UDP-глюкозы, а фосфорилаза GlgP, наоборот, деградировала концы полимера. Остальные ферменты тоже выполняли функции согласно предсказаниям: преобразовывали трегалозу в мальтозо-1-фосфат, присоединяли его к альфа-глюкану, конвертировали альфа-глюкан в трегалозу, синтезировали мальтозу и вносили ветвление в структуру альфа-глюкана.

Авторы работы проанализировали штаммы P. aeruginosa с нарушенными путями биосинтеза трегалозы и (или) гликогена. Они обнаружили, что в среде с повышенной концентрацией соли отклонения в концентрации трегалозы в меньшую или большую сторону приводят к ослаблению ответа на осмотический стресс. В свою очередь, гликоген связан с защитой бактерий от высыхания, а для трегалозы, вопреки существующим представлениям, такой связи не обнаружено.

Исследователи проверили выживаемость мутантов и в условиях, приближенных к реальным, нанеся их на стерильную стальную рабочую поверхность. Выживаемость всех мутантов оказалась гораздо ниже, чем у бактерий дикого типа.

Полученные результаты очень важны для понимания основных факторов, способствующих распространению инфекции через поверхности в больницах и на кухнях. Пути биосинтеза трегалозы и гликогена более тесно интегрированы, чем предполагалось ранее, отмечают авторы. По-видимому, трегалоза — промежуточный продукт синтеза альфа-глюкана через мальтозу. Следовательно, их внутриклеточные уровни должны быть связаны, и баланс между ними играет важную роль в ответе бактерии на стресс, как во внешней среде, так и во время инфекции.