Jump to content

Персистирующие клетки

(Перенаправлено из ячейки Persister )

Персистирующие клетки представляют собой субпопуляции клеток, которые сопротивляются лечению и становятся толерантными к противомикробным препаратам , переходя в состояние покоя или покоя. [ 1 ] [ 2 ] Персистерные клетки в состоянии покоя не делятся. [ 3 ] Толерантность, проявляющаяся в клетках-персистерах, отличается от устойчивости к противомикробным препаратам тем, что толерантность не передается по наследству и является обратимой. [ 4 ] Когда лечение прекращается, состояние покоя можно обратить вспять, и клетки могут реактивироваться и размножаться. Большинство клеток-персистеров являются бактериальными, существуют также грибковые клетки-персистеры. [ 5 ] дрожжевые клетки-персистеры и раковые клетки-персистеры, которые проявляют толерантность к противораковым лекарствам . [ 6 ]

Признание бактериальных клеток-персистеров относится к 1944 году, когда Джозеф Уорвик Биггер , ирландский врач, работавший в Англии, экспериментировал с недавно открытым пенициллином . Биггер использовал пенициллин для лизирования суспензии бактерий, а затем инокулировал культуральную среду жидкостью, обработанной пенициллином. Колонии бактерий смогли расти после воздействия антибиотиков. Важное наблюдение, сделанное Биггером, заключалось в том, что эту новую популяцию можно было снова почти уничтожить с помощью пенициллина, за исключением небольшой остаточной популяции. Следовательно, остаточные организмы были не мутантами, устойчивыми к антибиотикам, а скорее субпопуляцией того, что он назвал «персистирующими». [ 7 ] В настоящее время известно, что образование бактериальных персистеров является распространенным явлением, которое может происходить в результате образования персистерных клеток до начала лечения антибиотиками. [ 8 ] или в ответ на различные антибиотики. [ 9 ]

Актуальность в отношении хронических инфекций

[ редактировать ]

Толерантность к противомикробным препаратам достигается за счет небольшой субпопуляции микробных клеток, называемых персистерами. [ 7 ] Персистеры — это не мутанты, а скорее спящие клетки, которые могут пережить воздействие противомикробных препаратов, которые эффективно уничтожают их гораздо большее количество. Персистерные клетки перешли в нерастущее или крайне медленно растущее физиологическое состояние, что делает их толерантными (нечувствительными или рефрактерными) к действию противомикробных препаратов. Когда такие персистирующие патогенные микробы не могут быть уничтожены иммунной системой, они становятся резервуаром, из которого рецидив инфекции . развивается [ 10 ] Было замечено, что такие нерастущие бактерии сохраняются во время инфекций, вызванных сальмонеллой . [ 11 ] Персистерные клетки являются основной причиной рецидивов и хронических инфекций. [ 2 ] [ 5 ]

вид бактерий Listeria monocytogenes , основной возбудитель листериоза Было показано, что гепатоцитов и трофобласта , демонстрирует персистенцию во время инфекции в клетках . Привычный активный образ жизни может измениться, и бактерии могут оставаться во внутриклеточных вакуолях, переходя в медленное нерастущее состояние персистенции, что способствует их выживанию от антибиотиков. [ 12 ]

Грибковые клетки-персистеры являются частой причиной рецидивирующих инфекций, вызванных Candida albicans, распространенной биопленочной инфекцией имплантатов. [ 5 ]

Медицинское значение

[ редактировать ]

Толерантность к антибиотикам представляет собой важную с медицинской точки зрения проблему. Это в значительной степени ответственно за неспособность искоренить бактериальные инфекции с помощью лечения антибиотиками. Персистерные клетки сильно обогащены биопленками , и это затрудняет лечение заболеваний, связанных с биопленками. Примерами являются хронические инфекции имплантированных медицинских устройств, таких как катетеры и искусственные суставы, инфекции мочевыводящих путей , инфекции среднего уха и смертельные заболевания легких. [ 13 ]

Сопротивление против толерантности

[ редактировать ]

В отличие от множественной лекарственной устойчивости и устойчивости к противомикробным препаратам, толерантность к противомикробным препаратам является преходящей и не наследуется. [ 2 ] [ 7 ] [ 10 ] Клетки-персистеры, устойчивые к антибиотикам, не являются мутантами , устойчивыми к антибиотикам . Резистентность вызвана вновь приобретенными генетическими признаками (в результате мутации или горизонтального переноса генов ), которые передаются по наследству и придают способность расти при повышенных концентрациях антибиотиков. Напротив, толерантные бактерии имеют ту же минимальную ингибирующую концентрацию (МИК), что и чувствительные бактерии. [ 3 ] и различаются по продолжительности лечения, которое они могут пережить. Толерантность к антибиотикам может быть вызвана обратимым физиологическим состоянием небольшой субпопуляции генетически идентичных клеток. [ 2 ] [ 7 ] [ 10 ] похоже на дифференцированный тип клеток. [ 14 ] Это позволяет этой небольшой субпопуляции бактерий пережить полное уничтожение с помощью антибиотиков. Сохраняющиеся клетки возобновляют рост после удаления антибиотика, и их потомство становится чувствительным к антибиотикам. [ 2 ] [ 7 ] [ 10 ]

Молекулярные механизмы

[ редактировать ]

Молекулярные механизмы, лежащие в основе формирования клеток-персистеров и толерантности к противомикробным препаратам, в значительной степени неизвестны. [ 2 ] [ 10 ] Считается, что персистерные клетки возникают спонтанно в растущей микробной популяции в результате стохастического генетического переключения. [ 10 ] [ 4 ] хотя были описаны индуцибельные механизмы образования персистерных клеток. [ 10 ] [ 15 ] Например, системы токсин-антитоксин , [ 16 ] и ряд различных реакций на стресс, таких как реакция SOS , [ 15 ] реакция конверта на стресс , [ 17 ] и реакция на голодание также была связана с образованием персистерных клеток в биопленках. [ 18 ] Из-за их временного характера и относительно низкой численности трудно изолировать клетки-персистеры в достаточном количестве для экспериментальной характеристики, и на сегодняшний день идентифицировано лишь несколько соответствующих генов. [ 2 ] [ 10 ] Наиболее изученным фактором персистенции является ген высокой персистенции E. coli , обычно обозначаемый аббревиатурой hipA . [ 19 ]

Хотя толерантность широко считается пассивным состоянием, есть данные, указывающие на то, что она может быть энергозависимым процессом. [ 20 ] Персистерные клетки E. coli могут транспортировать внутриклеточные скопления антибиотиков с помощью энергопотребляющего откачивающего насоса, называемого TolC. [ 21 ]

Субпопуляция персистеров также была продемонстрирована у почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Дрожжевые персистеры возникают в небольшом подмножестве невозмущенных экспоненциально растущих клеток в результате спонтанно возникающего повреждения ДНК, что приводит к активации общей реакции на стресс и защите от ряда агрессивных лекарств и стрессовых сред. В результате повреждения ДНК дрожжевые персистеры также обогащаются случайными генетическими мутациями, которые произошли до стресса и не связаны с выживанием при стрессе. [ 22 ]

В ответ на противогрибковые препараты грибковые клетки-персистеры активируют пути реакции на стресс, и две молекулы, защищающие от стресса – гликоген и трегалоза – накапливаются в больших количествах. [ 5 ]

Возможное лечение

[ редактировать ]

Исследование показало, что добавление определенных метаболитов к аминогликозидам может позволить устранить бактерии-персистеры. Это исследование было проведено на ряде видов бактерий, включая E. coli и S. aureus . [ 23 ]

фаготерапия , где это применимо, полностью устраняет толерантность к антибиотикам. Считается, что [ 24 ] [ 25 ] хотя сами фаги могут быть способны индуцировать персистерное состояние. [ 26 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Ван ден Берг, Б; Фовар, М; Михилс, Дж. (1 мая 2017 г.). «Формирование, физиология, экология, эволюция и клиническое значение бактерий-персистеров» . Обзоры микробиологии FEMS . 41 (3): 219–251. дои : 10.1093/femsre/fux001 . ПМИД   28333307 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г Льюис К. (2007). «Персистерные клетки, покой и инфекционные заболевания». Обзоры природы Микробиология . 5 (1): 48–56. дои : 10.1038/nrmicro1557 . ПМИД   17143318 . S2CID   6670040 .
  3. ^ Jump up to: а б Браунер, А (2017). «Различие между резистентностью, толерантностью и устойчивостью к лечению антибиотиками». Обзоры природы Микробиология . 14 (5): 320–30. дои : 10.1038/nrmicro.2016.34 . ПМИД   27080241 . S2CID   8308100 .
  4. ^ Jump up to: а б Джаяраман, Р. (декабрь 2008 г.). «Бактериальная персистенция: некоторые новые взгляды на старый феномен». Журнал биологических наук . 33 (5): 795–805. дои : 10.1007/s12038-008-0099-3 . ПМИД   19179767 . S2CID   31912576 .
  5. ^ Jump up to: а б с д Вуйтс, Дж; Ван Дейк, П; Холтаппельс, М. (октябрь 2018 г.). «Грибковые клетки-персистеры: основа устойчивых инфекций?» . ПЛОС Патогены . 14 (10): e1007301. дои : 10.1371/journal.ppat.1007301 . ПМК   6193731 . ПМИД   30335865 .
  6. ^ Валлетт, FM (апрель 2019 г.). «Спящие, покоящиеся, толерантные и персистирующие клетки: четыре синонима одной и той же мишени при раке» (PDF) . Биохимическая фармакология . 162 : 169–176. дои : 10.1016/j.bcp.2018.11.004 . ПМИД   30414937 . S2CID   53285399 .
  7. ^ Jump up to: а б с д и Bigger JW (14 октября 1944 г.). «Лечение стафилококковых инфекций пенициллином методом периодической стерилизации» . Ланцет . 244 (6320): 497–500. дои : 10.1016/S0140-6736(00)74210-3 .
  8. ^ Балабан, Северная Каролина (2004). «Бактериальная персистенция как фенотипический переключатель» . Наука . 305 (5690): 1622–5. Бибкод : 2004Sci...305.1622B . дои : 10.1126/science.1099390 . ПМИД   15308767 . S2CID   39698842 .
  9. ^ Льюис, К. (2010). «Персистерные клетки». Ежегодный обзор микробиологии . 64 : 357–72. дои : 10.1146/annurev.micro.112408.134306 . ПМИД   20528688 .
  10. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Гефен О, Балабан, NQ (июль 2009 г.). «Важность стойкости: гетерогенность бактериальных популяций в условиях антибиотикотерапии» . ФЭМС Микробиол. Преподобный . 33 (4): 704–17. дои : 10.1111/j.1574-6976.2008.00156.x . ПМИД   19207742 .
  11. ^ Хелейн, Софи (2014). «Интернализация сальмонеллы макрофагами вызывает образование нереплицирующихся персистеров» . Наука . 343 (6167): 204–8. Бибкод : 2014Sci...343..204H . дои : 10.1126/science.1244705 . ПМЦ   6485627 . ПМИД   24408438 .
  12. ^ Кортеби, М; Милоханич, Э; Митчелл, Дж. (ноябрь 2017 г.). «Listeria monocytogenes переключается с диссеминации на персистенцию, принимая вакуолярный образ жизни в эпителиальных клетках» . ПЛОС Патогены . 13 (11): e1006734. дои : 10.1371/journal.ppat.1006734 . ПМК   5708623 . ПМИД   29190284 .
  13. ^ Хатун, Зохра; Мактирнан, Кристофер Д.; Сууронен, Эрик Дж.; Мах, Тьен-Фах; Аларкон, Эмилио И. (2018). «Образование бактериальной биопленки на имплантируемых устройствах и подходы к его лечению и профилактике» . Гелион . 4 (12): e01067. Бибкод : 2018Heliy...401067K . дои : 10.1016/j.heliyon.2018.e01067 . ISSN   2405-8440 . ПМК   6312881 . ПМИД   30619958 .
  14. ^ Лопес Д., Вламакис Х., Колтер Р. (январь 2009 г.). «Поколение нескольких типов клеток в Bacillus subtilis » . FEMS Микробиол Ред . 33 (1): 152–63. дои : 10.1111/j.1574-6976.2008.00148.x . ПМИД   19054118 .
  15. ^ Jump up to: а б Дорр Т., Льюис К., Вулич М. (2009). Розенберг С.М. (ред.). «Реакция SOS вызывает устойчивость к фторхинолонам у Escherichia coli» . ПЛОС Генет . 5 (12): e1000760. дои : 10.1371/journal.pgen.1000760 . ПМК   2780357 . ПМИД   20011100 .
  16. ^ Ван, Сяосюэ; Вуд, Томас К. (15 августа 2011 г.). «Системы токсин-антитоксин влияют на образование биопленок и персистерных клеток, а также на общую реакцию на стресс» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (16): 5577–5583. Бибкод : 2011ApEnM..77.5577W . дои : 10.1128/AEM.05068-11 . ISSN   0099-2240 . ПМК   3165247 . ПМИД   21685157 .
  17. ^ Кан, Танака; Хидео, Такахаши (декабрь 1994 г.). «Клонирование, анализ и экспрессия гена-гомолога rpoS из Pseudomonas aeruginosa PAO1». Джин . 150 (1): 81–85. дои : 10.1016/0378-1119(94)90862-1 . ISSN   0378-1119 . ПМИД   7959068 .
  18. ^ Фукс, Калифорния; Костертон, JW; Стюарт, PS; Студли, П. (январь 2005 г.). «Стратегии выживания инфекционных биопленок» . Тенденции в микробиологии . 13 (1): 34–40. дои : 10.1016/j.tim.2004.11.010 . ПМИД   15639630 . S2CID   10216159 .
  19. ^ Мойед Х.С., Бертран КП (1983). «hipA, недавно обнаруженный ген Escherichia coli K-12, который влияет на частоту персистенции после ингибирования синтеза муреина» . Дж. Бактериол . 155 (2): 768–75. дои : 10.1128/JB.155.2.768-775.1983 . ПМК   217749 . ПМИД   6348026 .
  20. ^ Хармс, Александр; Мезоннёв, Этьен; Гердес, Кенн (2016). «Механизмы персистенции бактерий во время стресса и воздействия антибиотиков». Наука . 354 (6318): ааф4268. дои : 10.1126/science.aaf4268 . ПМИД   27980159 . S2CID   39255372 .
  21. ^ Пу, Ю.; и др. (2016). «Увеличенная активность оттока способствует толерантности к лекарствам в спящих бактериальных клетках» . Мол Клетка . 62 (2): 284–294. doi : 10.1016/j.molcel.2016.03.035 . ПМЦ   4850422 . ПМИД   27105118 .
  22. ^ Яаков, Г.; Лернер, Д.; Бентеле, К.; Стейнбергер, Дж.; Баркай, Н. (2017). «Сочетание фенотипической устойчивости с повреждением ДНК увеличивает генетическое разнообразие при сильном стрессе». Экология и эволюция природы . 1 (1): 16. Бибкод : 2017NatEE...1...16Y . дои : 10.1038/s41559-016-0016 . ПМИД   28812556 . S2CID   15812250 .
  23. ^ Эллисон К.Р., член парламента Бринильдсена, Коллинз Дж.Дж. (2011 г.). «Уничтожение бактерий-персистеров с помощью метаболитов с помощью аминогликозидов» . Природа . 473 (7346): 216–220. Бибкод : 2011Natur.473..216A . дои : 10.1038/nature10069 . ПМЦ   3145328 . ПМИД   21562562 .
  24. ^ Логанатан, Арчана; Манохар, Прасант; Эниян, Кандасами; ВинодКумар, CS; Лептин, Себастьян; Начимуту, Рамеш (28 августа 2021 г.). «Фаготерапия как революционная медицина против грамположительных бактериальных инфекций» . Журнал фундаментальных и прикладных наук Университета Бени-Суэфа . 10 (1): 49. дои : 10.1186/s43088-021-00141-8 . ISSN   2314-8543 . ПМК   8401357 . ПМИД   34485539 .
  25. ^ Вера-Мансилья, Хавьера; Сильва-Валенсуэла, Сесилия А.; Санчес, Патрисио; Молина-Кирос, Роберто К. (01 сентября 2023 г.). «Бактериофаги усиливают действие антибиотиков за счет уничтожения клеток-персистеров и уничтожения клеток, образующих биопленки». Исследования в области микробиологии . 174 (7): 104083. doi : 10.1016/j.resmic.2023.104083 . ISSN   0923-2508 . ПМИД   37257734 .
  26. ^ Санчес-Торрес В., Кириго Дж., Вуд Т.К. (2024). «Последствия литических фаговых инфекций, вызывающих персистенцию». Современное мнение в микробиологии . 79 : 102482. doi : 10.1016/j.mib.2024.102482 . ПМИД   38714140 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 831267a4af00374bb96d80560de3b0cf__1719971700
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/83/cf/831267a4af00374bb96d80560de3b0cf.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Persister cells - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)