Новая стратегия для характеристики структуры β

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9177 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

По данным CDC, устойчивая к карбапенемам Acinetobacter baumannii (CRAb) представляет собой серьезную угрозу общественному здравоохранению. Этот возбудитель имеет мало вариантов лечения и вызывает тяжелые внутрибольничные инфекции с летальностью> 50%. Хотя в предыдущих исследованиях изучался протеом CRAb, не проводилось целенаправленного анализа динамических изменений экспрессии β-лактамаз, которые могут возникнуть из-за воздействия препарата. Здесь мы представляем наше первоначальное протеомное исследование вариаций экспрессии β-лактамазы, которая происходит в CRAb с различными β-лактамными антибиотиками. Вкратце, лекарственную устойчивость к антителам (ATCC 19606) индуцировали введением различных классов β-лактамных антибиотиков, а бесклеточный супернатант выделяли, концентрировали, разделяли с помощью электрофореза в ДСН-ПААГ, расщепляли трипсином и идентифицировали с помощью метки. Количественная протеомика на основе свободной ЖХ-МС. Тринадцать белков были идентифицированы и оценены с использованием базы данных последовательностей 1789 Ab β-лактамаз от UniProt, большинство из которых были β-лактамазами класса C (≥ 80%). Важно отметить, что разные антибиотики, даже относящиеся к одному и тому же классу (например, пенициллин и амоксициллин), индуцировали неэквивалентные ответы, включающие различные изоформы серин-β-лактамаз класса C и D, что приводило к образованию уникальных резистомов. Эти результаты открывают дверь к новому подходу к анализу и изучению проблемы множественной лекарственной устойчивости у бактерий, которые в значительной степени зависят от экспрессии β-лактамаз.

Acinetobacter baumannii (Ab), аэробная грамотрицательная коккобацилла, является одним из патогенов ESKAPE и в настоящее время классифицируется CDC1 как неотложная угроза общественному здоровью. Эта классификация обусловлена ​​тяжестью и высокой смертностью (в некоторых случаях более 50%) инфекций, устойчивых к карбапенемам (CRAb)2,3,4,5,6,7,8. Кроме того, эти инфекции, как правило, нозокомиальны и часто возникают в отделениях интенсивной терапии (ОИТ; в некоторых случаях на их долю приходится до 31% инфекций ОИТ во всем мире), где пациенты уже более чувствительны2,9,10,11,12.

Для разработки новых терапевтических стратегий борьбы с этими патогенами необходимо более глубокое понимание механизмов их устойчивости. Обычно бактерии используют комбинацию модификации мишени, регуляции притока/оттока, метаболических изменений и дезактивации лекарств посредством экспрессии β-лактамаз, но относительный вклад этих многочисленных стратегий варьируется от патогена к патогену7,13. Например, хотя Ab и CRAb могут экспрессировать модифицированный пенициллин-связывающий белок (PBP), его обычно не считают основным механизмом резистентности, в отличие от метициллин-резистентного Staphylococcus aureus14. Что касается конкретно CRAb, ранние исследования представили противоположные взгляды на относительную важность модификаций и регуляции PBP, а более поздние обзоры предполагают, что выработка карбапенемаз, как правило, является наиболее значимым методом устойчивости к CRAb14,15,16. Карбапенемазы, вкратце, представляют собой β-лактамазы, которые могут гидролизовать карбапенемы в дополнение к другим β-лактамным антибиотикам. Их примеры обнаружены в сериновых β-лактамазах классов A и D и металло-β-лактамазах класса B, при этом сериновые β-лактамазы OXA класса D регулярно выявляются в CRAb17,18,19. Предыдущие исследования также показали, что множество таких β-лактамаз OXA-типа можно обнаружить в CRAb19; однако была проведена ограниченная работа по попыткам выборочно охарактеризовать весь набор β-лактамаз в одном штамме и сравнить их с устойчивыми мутантами20,21,22,23.

Таким образом, каталогизация и анализ коллекции этих ферментов может стать решающим шагом в разработке новых комбинированных методов лечения, в которых ингибиторы β-лактамаз сочетаются с β-лактамными антибиотиками. В одном недавнем отчете даже продемонстрирована новая комбинация ингибиторов β-лактамаз, используемая для успешного лечения пациента, страдающего инфекцией XDR Ab. Однако, поскольку сами по себе ингибиторы не эффективны против всех классов, существует вероятность того, что будущие мутации β-лактамаз могут сделать ингибиторы неэффективными24,25,26. Трудность здесь заключается в том, что устойчивые к лекарствам бактерии могут нести несколько копий гена β-лактамазы, которые не обязательно должны экспрессироваться одновременно (или, по крайней мере, не в равной степени) для поддержания эффективного роста клеток. Следовательно, бактерии могут экспрессировать уникальные коллекции β-лактамаз, что приводит к образованию специфических резистомов, которые не только относятся к классу антибиотиков (например, β-лактамы), но и являются молекулозависимыми. Кроме того, неизвестно, в какой степени эти резистомы сохраняют «память» о предыдущем воздействии антибиотиков и насколько быстро они могут адаптироваться к новым стрессовым факторам окружающей среды.