Вчені простежили за допомогою прижиттєвої мікроскопії за процесом передачі гена стійкості до тетрацикліну між клітинами кишкової палички і з'ясували, як у клітин-реципієнтів формується стійкість навіть у присутності антибіотика. Виявилося, що в цьому процесі бере участь мультисубстратна неспецифічна помпа AcrAB-TolC, яка може з низькою ефективністю викидати з клітини широкий спектр антибіотиків, повідомляється в статті в.
Швидке формування стійкості до антибіотиків у бактерій відбувається завдяки існуванню механізмів горизонтального перенесення ДНК, зокрема, кон'югації, яка дозволяє клітинам ділитися один з одним генами стійкості (детальніше про ці механізми можна прочитати в нашому матеріалі «Поверх бар'єрів»). Дослідники з університету Ліона створили систему, засновану на використанні флуоресцентних білків, що дозволяє в реальному часі спостерігати за передачею ДНК між клітинами кишкової палички.
В експерименті вчені стежили за передачею F-плазміди - великого позахромосомного елемента, що містить ген стійкості до тетрацикліну, - шляхом кон'югації. Для того, щоб візуалізувати процес передачі плазміди, автори статті позначили в реципієнтних клітинах зеленим флуоресцентним білком білок ParB, який специфічно зв'язується з плазмідною двозначною ДНК. У відсутності F-плазміди білок розсіяний по всій клітці і створює рівномірний зелений фон, а при появі в клітці реципієнта одноланцюжкової копії плазміди та її добудові зв'язується з плазмідою і утворює в клітці зелені фокуси. Транспортер TetA, який забезпечує стійкість до тетрацикліну, в донорних клітинах позначили червоним флуоресцентним білком. Після передачі плазміди реципієнту він починає синтезуватися і робить реципієнта червоним і стійким до антибіотика за рахунок інтенсивного викачування його з клітини.
Спостереження за процесом кон'югації дозволило авторам статті підрахувати, що кон'югація займає близько двох хвилин, а повний процес копіювання інформації відбувається в межах десяти хвилин. Приблизно через годину після потрапляння донорних клітин в популяцію реципієнтів третину популяції набуває F-плазміду. Синтез TetA починається негайно після потрапляння ДНК у клітку, причому навіть у присутності в середовищі тетрацикліну в концентраціях, що переважають поділ.
Цей факт здивував дослідників, оскільки тетрациклін працює, пригнічуючи синтез білка. Перша гіпотеза, що пояснює феномен, полягала в тому, що кілька молекул TetA потрапляє в клітку разом з плазмідою і забезпечує негайну стійкість, проте її спростували. Виявилося, що синтез білка в клітці в присутності антибіотика відбувається завдяки активності мультисубстратної помпи AcrAB-TolC, яка викачує частину молекул тетрацикліну з клітини і підтримує концентрацію, яка все ще пригнічує ділення клітини, але вже дозволяє забезпечити синтез спеціалізованого транспортера TetA. Коли гени, які кодують помпу, видаляли з геному, бактерії втрачали здатність синтезувати транспортер у присутності тетрацикліну і ставати стійкими до антибіотика прямо на середовищі з антибіотиком.
Стійкість збудників інфекцій до антибіотиків становить глобальну загрозу охороні здоров'я. Так, нещодавно ми розповідали про смерть жінки, яку не змогли вилікувати жодним з існуючих антибіотиків. Детальніше про цю проблему можна прочитати в нашому матеріалі «Кінець прекрасної епохи».