Лекарственно-устойчивый возбудитель туберкулеза: одна мутация, различные эффекты

Подготовил Александр Колесников

Возбудитель туберкулеза, как и другие микроорганизмы, очень быстро приобретает лекарственную устойчивость, поскольку его жизненный цикл исчисляется часами. Для того, чтобы патоген стал устойчивым к одному из противотуберкулезных средств — изониазиду — достаточно единственной мутации.

Мутирующий фермент — бифункциональная каталаза-пероксидаза (KatG) — важен для различных аспектов выживаемости патогена. Активность этого фермента используется для перевода изониазида в форму, способную убивать бактерию, таким образом, KatG выступает в роли «пятой колонны». Возникновение резистентности означает неспособность активировать изониазид, но как следствие — и пониженную активность самого KatG. Способность мутантной микобактерии противостоять окислительному шоку — важнейшей системе защиты организма от инфекции — снижается, вынуждая бактерию включать компенсаторные механизмы. Исследователи под руководством Карен Добос из Университета штата Колорадо предположили, что воздействие на эти механизмы может помочь победить лекарственную устойчивость.

Добос и ее коллеги выделили клинические изоляты патогена от одного пациента: первый был получен в момент начала терапии, а второй — когда лечение стало неэффективным. Исследователи проанализировали различия в протеоме и метаболизме патогена, несущего нормальную и мутантную KatG. В дополнение к паре штаммов, полученных от пациента, изучали пару лабораторных штаммов — чувствительный и устойчивый с той же мутацией, который получили на мышиной модели заболевания. Расчет был на то, что механизмы приспособляемости к мутации у клинического и лабораторного штаммов окажутся сходными. И действительно, полногеномное секвенирование не выявило значимых различий между ними.

Несмотря на сходство штаммов, изменения в метаболизме у них отличались. С помощью жидкостной хроматографии — масс-спектрометрии (LC/MS) исследователи обнаружили в обеих линиях 26 белков, количества которых изменились после приобретения резистентности. Если в клиническом изоляте мутация снижала продукцию маркеров вирулентности, то экспрессия таких маркеров у мутанта лабораторного штамма не изменилась. Добос отметила, что этот факт не внушает оптимизма, поскольку означает, что эффекты мутаций в одном и том же гене могут быть различными.

Тем не менее, кроме отличий в способе приспособляемости мутантов лабораторного и клинического штаммов, выявлены важные общие тенденции. Так, выяснилось, что оба мутанта используют жирные кислоты вместо глюкозы в качестве основного источника энергии. Ферменты метаболизма жирных кислот давно рассматриваются как мишени для противотуберкулезных препаратов. Эти ферменты уникальны для микобактерий, у человека их нет, следовательно, меньше вероятность побочных эффектов.

Источник

Nieto L. M. R, et. al. // Biochemical characterization of isoniazid resistant Mycobacterium tuberculosis: can the analysis of clonal strains reveal novel targetable pathways? // Molecular & Cellular Proteomics, 2018; mcp.RA118.000821 DOI: 10.1074/mcp.RA118.000821