Pseudomonas aeruginosa — настоящий мастер выживания. Она прекрасно чувствует себя в почве и воде, а в организме человека, особенно при ослабленном иммунитете, и вовсе чувствует себя как дома. В больницах эту бактерию боятся: она заражает раны, годами живет в легких и часто не поддается антибиотикам. Ее устойчивость к лекарствам — растущая проблема во всем мире.

Ученые из Центра исследования инфекций Гельмгольца (HZI) обнаружили новый трюк, который использует бактерия. Оказывается, даже в популяции генетически идентичных клеток P. aeruginosa ведет себя по-разному — будто это не один микроб, а целый набор. Разнообразие обеспечивает эпигенетическая память: активность некоторых генов передается следующим поколениям, и это помогает бактерии адаптироваться.

Эпигенетическая память — это способность клетки передавать потомкам не изменения в ДНК, а «настройки» активности генов. Например, если ген glpD у родительской клетки был выключен, дочерние клетки тоже могут его „замолчать“ — хотя сама последовательность ДНК не меняется.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Мы выяснили, что P. aeruginosa сознательно поддерживает разнообразие — так ей проще приспосабливаться к меняющимся условиям в организме, — объясняет профессор Сюзанна Хойслер, руководитель исследования.

Один ген — разные роли

Ученые проанализировали активность почти 6000 генов бактерии, выращенной в одинаковых условиях. Оказалось, что ген glpD, отвечающий за переработку глицерина, работает у разных клеток по-разному: у одних он включен на полную, у других почти молчит. Это не случайность, а стратегия.

• Активный glpD — бактерии агрессивны: вырабатывают токсины, быстрее двигаются, лучше атакуют иммунные клетки.
• Неактивный glpD — бактерии ведут себя тихо, избегая внимания иммунитета.

Такое разделение ролей помогает P. aeruginosa одновременно атаковать и прятаться — часть популяции выживет, даже если иммунная система нанесет удар.

Это не слабость, а гениальная тактика, — говорит Николас Освальдо Тринлер, участник исследования. — Бактерии создают внутри популяции «специалистов», и это повышает шансы на успешное заражение.

Память, которая передается по наследству

Эксперименты показали, что даже горстка бактерий, попав в организм, быстро создает разнородную популяцию. Это объясняет, почему P. aeruginosa так сложно вывести: антибиотики и иммунитет уничтожают лишь часть клеток, а остальные выживают и продолжают заражать.

Теперь ученые думают, как использовать это знание. Если научиться блокировать эпигенетическую память, можно лишить бактерию главного оружия — способности приспосабливаться.

Открытие эпигенетической памяти у P. aeruginosa может привести к новым методам лечения. Если создать препараты, которые нарушают передачу «настроек» генов между поколениями бактерий, можно лишить их гибкости и сделать уязвимыми. Это особенно важно для пациентов с муковисцидозом или ожогами, где P. aeruginosa вызывает хронические инфекции.

Также это меняет взгляд на антибиотикотерапию: возможно, комбинированные схемы должны включать не только убийство бактерий, но и блокировку их адаптации.

Исследование проводилось in vitro, в идеальных лабораторных условиях. В реальном организме на бактерии влияет иммунный ответ, конкуренция с другими микробами и меняющаяся среда. Не факт, что эпигенетическое переключение glpD работает так же ярко в легких или ранах. Нужны дополнительные эксперименты in vivo.

Ранее ученые выяснили, как бактерии запускают рак.