Imagens impressionantes revelam como os antibióticos quebram as defesas bacterianas

As descobertas, publicadas na revista Microbiologia da naturezapoderia levar a novos tratamentos para infecções bacterianas – especialmente urgentes, uma vez que infecções resistentes a drogas já matam mais de um milhão de pessoas por ano.

As polimixinas foram descobertas há mais de 80 anos e são usadas como um tratamento de última hora para infecções causadas por bactérias “Gram negativas”. Essas bactérias têm uma camada de superfície externa que age como armadura e impede que certos antibióticos penetrem na célula. Sabe -se que as polimixinas segmentam essa camada externa, mas como elas a interrompem e depois matam bactérias ainda não são entendidas.

No novo estudo, a equipe de pesquisa revelou em imagens de alta resolução e experimentos bioquímicos como a polimixina B antibiótica B rapidamente causou solavancos e protuberâncias na superfície de um E. coli célula bacteriana.

Essas saliências, que apareceram em minutos, foram seguidas pela bactéria rapidamente derramando sua armadura externa.

O antibiótico, concluiu os pesquisadores, havia desencadeado a célula a produzir e derramar sua armadura. Quanto mais a célula tentava fazer novos amor, mais perdia o amor que estava produzindo, a uma taxa que deixou lacunas em suas defesas, permitindo que o antibiótico entre na célula e a matasse.

No entanto, a equipe descobriu que esse processo – saliências, produção rápida e derramamento de armadura e morte celular – só ocorreu quando a célula estava ativa. Em bactérias adormecidas (adormecidas), a produção de armaduras é desligada, tornando o antibiótico ineficaz.

Co-senior author Dr Andrew Edwards, from Imperial, said: “For decades we’ve assumed that antibiotics that target bacterial armor were able to kill the microbes in any state, whether they’re actively replicating or they were dormant. But this isn’t the case. Through capturing these incredible images of single cells, we’ve been able to show that this class of antibiotics only work with help from the bacterium, and if the cells go into a hibernation-like Estado, as drogas não funcionam mais – o que é muito surpreendente “.

Tornar -se adormecido permite que as bactérias sobrevivam a condições desfavoráveis, como a falta de comida. Eles podem permanecer inativos por muitos anos e “acordar” quando as condições se tornarem mais favoráveis. Isso pode permitir que as bactérias sobrevivam contra antibióticos, por exemplo, e despertaram para causar infecções recorrentes no corpo.

O professor de co-senior, professor Bart Hoogenboom, com sede no Centro de Nanotecnologia de Londres na UCL, disse: “As polimixinas são uma importante linha de defesa contra bactérias gram-negativas, que causam muitas infecções mortais resistentes a drogas. É importante entender como eles funcionam.

“Nosso próximo desafio é usar essas descobertas para tornar os antibióticos mais eficazes. Uma estratégia pode ser combinar o tratamento com polimixina – contra -intuitivamente – com tratamentos que promovem a produção de armaduras e/ou acordam bactérias ‘adormecidas’ para que essas células também possam ser eliminadas.

“Nosso trabalho também mostra que precisamos levar em consideração em que bactérias estatais estão quando avaliamos a eficácia dos antibióticos”.

O E. coli As células foram fotografadas no Centro de Nanotecnologia de Londres na UCL. Uma pequena agulha, apenas alguns nanômetros de largura, foi atropelada sobre a célula bacteriana, “sentindo” a forma para criar uma imagem (uma técnica chamada microscopia de força atômica) com resolução muito maior do que seria possível usando luz.

A co-autora Carolina Borrelli, uma estudante de doutorado no Centro de Nanotecnologia de Londres da UCL, disse: “Foi incrível ver o efeito do antibiótico na superfície bacteriana em tempo real. Nossas imagens da bactéria mostram diretamente a quantidade de polimixinas que podem se comprometer com a armadura bacteriana. o antibiótico para se infiltrar. “

A equipe comparou como ativo (crescente) e inativo E. coli As células responderam à polimixina B no laboratório, descobrindo que o antibiótico eliminou eficientemente as células ativas, mas não matou células adormecidas.

Eles também testaram o E. coli A resposta das células com e sem acesso ao açúcar (uma fonte de alimento que acorda células adormecidas). Quando o açúcar estava presente, o antibiótico matou células anteriormente adormecidas, mas somente após um atraso de 15 minutos – o tempo necessário para as bactérias consumirem o açúcar e retomar a produção de sua armadura externa.

Em condições em que o antibiótico era eficaz, os pesquisadores detectaram mais armaduras libertadas das bactérias. Eles também observaram as protuberâncias que ocorrem na superfície da célula.

Em condições em que era ineficaz, o antibiótico se ligava à membrana externa, mas causou pouco dano.

O co-autor Dr. Ed Douglas, da Imperial, disse: “Observamos que a interrupção da armadura mais externa das bactérias só ocorreu quando as bactérias estavam consumindo açúcar. Depois que sabíamos disso, poderíamos descobrir rapidamente o que estava acontecendo”.

O co-autor Professor Boyan Bonev, da Universidade de Nottingham, disse: “Trabalhar juntos nos deu idéias únicas sobre a fisiologia e morfologia bacteriana sob estresse que permaneceram escondidos por décadas. Agora entendemos melhor os pontos fracos das bactérias”.

Este trabalho foi financiado pelo Conselho de Pesquisa de Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC) e pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), partes da pesquisa e inovação do Reino Unido e por Wellcome.