Стійкі до антибіотиків бактерії уповільнюють загоєння хронічних ран

Міжнародна група вчених під керівництвом Наньянського технологічного університету в Сінгапурі (NTU Singapore) відкрила новий спосіб, який може прискорити загоєння хронічних ран, інфікованих бактеріями, стійкими до антибіотиків.

У всьому світі хронічні рани є серйозною проблемою для здоров'я: за оцінками, щорічно близько 18,6 мільйонів людей хворіють на діабетичні виразки стопи. До однієї третини людей з діабетом схильні до ризику виразки стопи протягом життя.

Ці рани є однією з основних причин ампутацій нижніх кінцівок і часто ускладнюються стійкими інфекціями, що перешкоджають загоєнню.

У Сінгапурі хронічні рани, такі як діабетичні виразки стопи, пролежні та венозні виразки ніг, стають все більш поширеними, щорічно реєструється понад 16 000 випадків, особливо серед людей похилого віку та людей з діабетом.

У дослідженні, проведеному спільно з колегами з Женевського університету в Швейцарії та опублікованому в журналі Science Advances, показано, як поширена бактерія Enterococcus faecalis (E. faecalis) активно перешкоджає загоєнню ран. Команда також продемонструвала, як нейтралізація цього біологічного процесу може дозволити клітинам шкіри відновитися та закрити рани.

E. faecalis - це умовно-патогенний мікроорганізм, що часто зустрічається при хронічних інфекціях, таких як діабетичні виразки стопи. Ці рани важко піддаються лікуванню і часто не гояться, що збільшує ризик ускладнень та ампутації.

Стійкість до антибіотиків також викликає все більшу стурбованість щодо E. faecalis, причому деякі штами стійкі до кількох широко використовуваних антибіотиків, що ускладнює лікування певних інфекцій.

Хоча відомо, що подібні інфекції уповільнюють загоєння, біологічний механізм, що лежить в основі цього порушення, досі залишається незрозумілим для лікарів та вчених.

Дослідження проводиться під спільним керівництвом доцента NTU Гійома Тібо зі Школи біологічних наук та професора Кімберлі Клайн із Женевського університету, яка є запрошеним професором у SCELSE – Сінгапурському центрі екологічних наук про життя та інженерії при NTU.

Дослідники виявили, що на відміну від інших бактерій, які виробляють токсини при інфікуванні ран, E. faecalis виробляє метаболічний продукт, який називається активними формами кисню (АФК), який порушує процес загоєння клітин шкіри людини.

Механізм, що порушує загоєння ран

Перший автор статті, науковий співробітник NTU доктор Аарон Тан, виявив, що E. faecalis використовує метаболічний процес, відомий як позаклітинний електронний транспорт (ВЕТ), який безперервно перекис водню — високореактивний вид кисню, здатний пошкоджувати живі тканини.

Присутня в інфікованих ранах, ця бактерія виробляє перекис водню, що ушкоджує клітини шкіри людини за допомогою окислювального стресу.

Лабораторні експерименти показали, що окислювальний стрес запускає в клітинах шкіри, які називають кератиноцитами, механізм клітинного захисту, відомий як «реакція на неправильне згортання білків», який відповідає за відновлення шкіри.

Ця реакція на неправильне згортання білків зазвичай використовується клітинами боротьби з ушкодженнями шляхом уповільнення виробництва білків та інших життєво важливих процесів, щоб вони могли відновитися.

Після активації стресова реакція фактично паралізує клітини, перешкоджаючи їх руху закриття рани — процесу, відомому як міграція.

Коли дослідники використовували генетично модифікований штам E. faecalis, у якого був відсутній шлях EET, бактерії виробляли значно менше перекису водню і не могли блокувати загоєння ран.

Це підтвердило, що метаболічний шлях відіграє центральну роль здатності бактерії порушувати процеси відновлення шкіри. Потім команда перевірила, чи може нейтралізація перекису водню звернути назад пошкодження.

Можливе рішення, що дозволяє обійти стійкість до антибіотиків

Обробивши уражені клітини шкіри каталазою - природним антиоксидантним ферментом, що розщеплює перекис водню, - дослідники знизили клітинний стрес і тим самим відновили здатність клітин до міграції та загоєння.

Це пропонує ще одне рішення для боротьби зі стійкими до антибіотиків штамами E. faecalis замість спроб знищити або придушити їх поширення за допомогою антибіотиків.

«Наші результати показують, що зброя полягає в самому метаболізмі бактерій, що стало несподіванкою і раніше було невідомо вченим», - сказав доцент Тібо, який також є заступником декана з міжнародних зв'язків у Коледжі природничих наук.

«Замість того щоб зосереджуватися на знищенні бактерій антибіотиками, що стає все складніше і призводить до розвитку антибіотикорезистентності в майбутньому, ми тепер можемо нейтралізувати їх, блокуючи шкідливі продукти, що виробляються ними, і відновлюючи загоєння ран. Замість того щоб впливати на джерело, ми нейтралізуємо справжню причину хронічних ран – активні форми кисню».

Дане дослідження встановлює прямий зв'язок між метаболізмом бактерій та дисфункцією клітин організму-господаря, пропонуючи нову терапевтичну стратегію для лікування хронічних ран.

Дослідники припускають, що у майбутньому перев'язувальні матеріали, які містять антиоксиданти, такі як каталаза, можуть стати ефективним методом лікування.

Оскільки антиоксиданти, такі як каталаза, вже широко використовуються і добре вивчені, дослідники вважають, що ця стратегія може скоротити шлях від лабораторних досліджень до клінічного застосування, порівняно з розробкою нового лікарського препарату.

Оскільки в дослідженні для демонстрації механізму використовувалися клітини шкіри людини, отримані результати мають відношення до фізіології людини і можуть прокласти шлях до нових методів лікування пацієнтів із ранами, що не гояться.

Команда планує перейти до клінічних випробувань на людях після визначення найефективнішого способу доставки антиоксидантів у ході поточних досліджень на тваринних моделях.

Джерело: Наньянський технологічний університет