Модель in vitro для последовательного изучения перехода Mycobacterium tuberculosis через две стадии неперсистирующего покоя без репликации

Ранее было показано, что резкий перенос активно аэрируемых культур Mycobacterium tuberculosis в анаэробные условия приводит к их быстрой гибели, тогда как постепенное истощение доступного O2 позволяет реализоваться повышенной устойчивости к анаэробиозу. В тех исследованиях использовали модель, основанную на адаптации неподвижных бацилл по мере их оседания через создаваемый ими самими градиент O2, однако эта модель не позволяла изучать однородные популяции бацилл на отдельных этапах такой адаптации. В настоящей работе описана модель, основанная на культивировании туберкулёзных бацилл в глубокой жидкой среде при очень мягком перемешивании, которое поддерживает их равномерное распределение и одновременно контролирует скорость истощения O2. В этой модели были выявлены как минимум две стадии неперсистирующего покоя без репликации. Переход в первую стадию, обозначенную как NRP stage 1, происходил резко в тот момент, когда снижающийся уровень растворённого O2 приближался к 1% насыщения. Эта микроаэробная стадия характеризовалась медленным нарастанием мутности без соответствующего увеличения числа КОЕ или синтеза ДНК. Однако в этом состоянии запускалась и поддерживалась высокая скорость продукции глициндегидрогеназы, а концентрация АТФ оставалась стабильной. Когда содержание растворённого O2 в культуре падало ниже примерно 0,06% насыщения, бациллы резко переходили во вторую анаэробную стадию, обозначенную как NRP stage 2, при которой дальнейшего увеличения мутности не наблюдалось, а концентрация глициндегидрогеназы значительно снижалась. Способность бацилл на стадии NRP stage 2 выживать в анаэробных условиях отчасти зависела от того, достаточно ли долго они находились на стадии NRP stage 1. Эффект четырёх антимикробных препаратов зависел от того, на какой физиологической стадии в данный момент находились бациллы, и соответствовал известным механизмам действия этих препаратов. Предполагается, что способность переходить в одну или обе эти две стадии неперсистирующего покоя, соответствующие микроаэробной и анаэробной персистенции, обусловливает возможность туберкулёзных бацилл длительно находиться в латентном состоянии в организме хозяина с последующей реактивацией и развитием заболевания. Описанная модель перспективна как инструмент для уточнения на молекулярном уровне процессов, позволяющих бациллам выживать в неблагоприятных условиях и возобновлять рост при их улучшении. Представленная культуральная модель также полезна для скрининга препаратов по способности уничтожать туберкулёзные бациллы на разных стадиях неперсистирующего покоя без репликации.