Международная группа учёных при участии исследователей из Московского государственного университета имени Ломоносова выяснила, как кишечной палочке удаётся выживать в кишечнике. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Учёные узнали, как бактерии Escherichia coli (E. coli) дышат в кишечнике, в среде, богатой сероводородом: для этого они используют особые ферменты, которых нет в организме человека. Новое открытие может помочь в разработке антибиотиков, способных убивать бактерии, не причиняя вреда людям.
Чтобы получить энергию, необходимую для поддержания жизни, организмы расщепляют и окисляют сложные органические соединения, поступающие с пищей. Биохимические реакции, в ходе которых происходит это окисление, протекают в митохондриях клеток и называются клеточным дыханием.
Главный мембранный фермент, отвечающий за митохондриальное (клеточное) дыхание человека — терминальная цитохромоксидаза. Раньше считалось, что этот же фермент позволяет дышать и кишечной палочке. Бактерия E. coli живёт в желудочно-кишечном тракте, где вырабатывается много сероводорода (сульфида водорода, H2S) Свободный сероводород подавляет работу цитохромоксидазы, а в кишечнике его в сотни раз больше, чем нужно для блокировки действия фермента. Это должно означать, что «дышать» бактерия E. coli не может, но вопреки всему бактерия почему-то выживает.
Исследователи предположили, что дыхание в среде, богатой сероводородом, все-таки возможно, но благодаря другой оксидазе. Дело в том, что дыхание у людей и бактерий происходит по-разному. Клетки нашего организма дышат благодаря работе цитохром с-оксидазы, других таких ферментов у людей нет. А у бактерии кишечной палочки есть оксидазы двух типов: цитохромоксидаза типа bo (аналог «человеческой» цитохром с-оксидазы) и совершенно другие цитохромы — типа bd.
«Наша гипотеза заключалась в том, что оксидазы типа bd (bd-I и bd-II) более устойчивы к ингибированию сероводородом, чем цитохромоксидаза типа bo», — комментирует Виталий Борисов, один из авторов исследования. Для проверки гипотезы учёным нужно было узнать, как присутствие сульфида в среде влияет на рост клеток бактерии E. coli, у которых есть только одна из терминальных оксидаз (bd-I, bd-II или bo). В ходе исследования они использовали метод направленного получения мутаций и другие биохимические, биофизические и микробиологические методы.
Гипотеза полностью подтвердилась. «Активность оксидазы bo ингибируется сероводородом полностью, тогда как на работу оксидаз bd H2S совсем не действует. Таким образом, чтобы успешно производить основные виды «энергетической валюты» (см. В. П. Скулачёв, «Законы биоэнергетики», стр. 10 — примечание XX2 ВЕК) в условиях высокого содержания сероводорода, представители кишечной микрофлоры должны задействовать уникальный тип терминальных оксидаз, который отсутствует в клетках человека и животных», — говорит Виталий Борисов.
Открытие может быть полезно в будущем при создании медицинских препаратов, регулирующих микрофлору кишечника. Кроме того, поскольку клетки человека не содержат оксидаз типа bd, появилась перспектива разработки нового типа антибиотиков, губительных для бактерий и безвредных для людей. Терминальная оксидаза bd-типа помогает выживать не только кишечной палочке, но и микроорганизмам, вызывающим дизентерию, пневмонию, сальмонеллёз, периодонтит, бруцеллёз, брюшной тиф и туберкулёз.