Чувствительность микобактерий к антибиотикам зависит от длины поверхностных полисахаридов

Количество углеводных остатков, входящих в состав поверхностных полисахаридов бактерий, влияет на важнейшие свойства клеток, такие как морфология и жизнеспособность, и потому жестко контролируется синтезирующими их ферментами. Кроме того, длина поверхностных полисахаридов сказывается и на взаимодействии патогенных бактерий с иммунной системой организма-хозяина, в том числе микобактерий. Например, в отсутствие арабинановой цепи в микобактериальном полисахариде липоарабиноманнане клетки бактерий эффективнее распознаются макрофагами. Новое исследование, опубликованное в Science Advances, показало, что длина другого поверхностного полисахарида микобактерий, галактана, не только влияет на форму клеток и их жизнеспособность, но и повышает их чувствительность к гидрофобным антибиотикам.

Галактан находится в периплазме — пространстве между двумя слоями клеточной оболочки микобактерий, обеспечивая их связь друг с другом. Чтобы изменить длину галактана, авторы исследования получали варианты микобактерий с различными мутациями фермента галактофуранозилтрансферазы 2 (GlfT2) — полимеразы, осуществляющей синтез галактана и контролирующей длину его цепей. На количество углеводных остатков в цепях галактана можно влиять, вводя точечные замены в триаспартатный (DDD) мотив фермента, который участвует в связывании предшественника галактана — уридиндифосфата. Для изучения биологических последствий изменения длины галактана ученые заменили GlfT2 дикого типа в клетках микобактерии Mycobacterium smegmatis на полученную ими мутантную форму, синтезирующую укороченный галактан.

Микобактерии с мутантным GlfT2 росли примерно в полтора раза медленнее, чем клетки дикого типа, а также оказались гораздо более чувствительными к осмотическому стрессу. Кроме того, клетки с укороченным галактаном обладали большей восприимчивостью к гидрофобным антибиотикам с разным механизмом действия. При этом антибиотики, влияющие на синтез клеточной стенки, и гидрофильные антибиотики, такие как стрептомицин и меропенем, в одинаковой степени действовали на мутантные микобактерии и микобактерии дикого типа.

Укорочение галактана также сказалось на морфологии клеток микобактерии. Клетки с мутантным GlfT2 имеют меньшую длину, чем клетки дикого типа, и часто образуют пузырьковидные округлые выросты. Кроме того, их деление нередко сопровождается серьезными повреждениями. Мутантные клетки имеют более узкую (примерно на 30%) периплазму, в которой и залегает галактан. Анализ мутантов, несущих галактан, укороченный в разной степени, показал, что чем короче галактан, тем больше пузырьков образуется на клетках и тем уже их периплазма.

Авторы работы предполагают, что использование агентов, подавляющих биосинтез галактана, может увеличивать чувствительность микобактерий к гидрофобным антибиотикам.