Широко використовувані антибіотики впливають на мітохондрії

Від рослин до мишей та клітин людини тетрацикліни призводять до дисфункції мітохондрій у модельних організмах.

Анна Азволінський

12 березня 2015 р

Результати свідчать про те, що використання цієї системи контролю експресії генів, ймовірно, має суперечливі наслідки для експериментальних результатів у молекулярній біології. А оскільки на тетрацикліни припадає 41 відсоток усіх антибіотиків, проданих для використання у тваринництві в США в 2011 році, за даними Управління з контролю за продуктами та ліками США, накопичення цих препаратів у навколишньому середовищі може мати шкідливі екологічні наслідки.

“Цей інструмент буде зараз.

"Це пряма і зрозуміла історія", - сказав Коул Хейнс, який вивчає дисфункцію мітохондрій в онкологічному центрі "Меморіал Слоун Кеттерінг" у Нью-Йорку. "Це приємна робота авторів, яка показує, що тетрацикліни дійсно мають мітохондріальні наслідки [вчені] над цим серйозно не замислювалися".

Два роки тому співавтор дослідження Йохан Ауверкс, дослідник енергетичного метаболізму в Політехнічній школі Еколе в Лозанні, Швейцарія, та його колеги зауважили, що клас антибіотиків, призначених для трансляції мітохондрій, тетрациклінового класу призвів до дисбалансу між перекладом мітохондріального та ядерного білків у як глисти, так і клітинні лінії ссавців. Розширюючи це спостереження, дослідники тепер показали, що навіть низькі концентрації тетрациклінів можуть пригнічувати функцію мітохондрій та призводити до змін у експресії мітохондріального та ядерного білків. У чотирьох часто використовуваних клітинних лініях людини лише 1 мікрограм препарату на мілілітр призводив до зменшення клітинного дихання, сигналізуючи про порушення мітохондріальної активності. Лікування амоксициліном, антибіотиком, який не націлений на синтез білка в мітохондріях, не призвело до цих ефектів. Далі, загальногеномні дані про експресію показали глобальну репресію синтезу білка мітохондрій у присутності тетрациклінового доксицикліну.

У C. elegans та D. melanogaster вплив доксицикліну під час розвитку призводило до затримки розвитку, а також зниження споживання кисню, коли тварини досягали дорослого віку. Однак і глисти, які отримували доксициклін, і плодові мухи були більш рухливими протягом усього життя порівняно з тими, хто не зазнавав дії антибіотика, виявили Ауверкс та його колеги. Це спостереження відповідало попереднім висновкам авторів, що блокування мітохондріального перекладу може частково запобігти зниженню фізичної підготовленості з віком.

Рослини A. thaliana, вирощені в середовищах, що містять доксикліцин, демонстрували уповільнене зростання та підвищену експресію генів стресової відповіді. Печінка мишей, чия питна вода була доповнена доксикліцином протягом 14 днів, показала виснаження запасів енергії та зменшення дихання, а також зміни експресії генів мітохондрій.

Те, що тетрацикліни інгібують трансляцію мітохондріального білка, було вперше показано в 1960-х. Але коли молекулярні біологи почали використовувати контрольовану тетрацикліном систему промоторів, вважалося, що при малих концентраціях тетрацикліни не впливатимуть на трансляцію білка в клітинах еукаріотів, сказав Ауверкс.

"Я не здивований, що тетрацикліни впливають на статус цих організмів", - написав Наннарі. «Але знову ж таки, я мітохондріальний біолог. Мене дивує ступінь ефектів і те, що наукове співтовариство не враховувало нецільові ефекти цього класу сполук при їх експериментальній розробці ".

"Я б, звичайно, зупинився перед використанням системи тетрацикліну", - сказав Хейнс.

Враховуючи їх результати, дослідники застерігали від широкого використання тетрацикліну у тваринництві через потенційні наслідки для життя сусідніх рослин та здоров'я людини. «Цей аспект деяких антибіотиків. . . було упущено з уваги », - сказав співавтор дослідження Рікельт Хаукопер, молекулярний біолог, який вивчає метаболічне старіння в лабораторії генетичних метаболічних захворювань Академічного медичного центру в Нідерландах. "Існує великий інтерес до стійкості до антибіотиків та впливу антибіотиків на мікробіом, але вплив на мітохондрії - це зовсім новий кут".

"У наших кишках міститься в 10 разів більше бактерій, ніж клітин, але мітохондрій навіть більше, ніж бактерій у наших кишках", - продовжив Хаукопер. "Нам потрібні додаткові дослідження, щоб показати, як на довкілля впливають антибіотики".

Наннарі погодився. "Поширене вживання будь-якого класу наркотиків, як у випадку з тетрациклінами, завжди повинно викликати занепокоєння щодо більш глобальних наслідків", - сказала вона. «Як основні вчені, ми недостатньо замислюємось про глобальні наслідки вживання цього класу наркотиків. Це [дослідження] підвищить обізнаність ".