Устойчивость к антибиотикам среди патогенных бактерий – это современная проблема, требующая немедленного решения.
С одной стороны, здесь нужен жёсткий контроль применения лекарственных препаратов, чтобы новых видов супербактерий появлялось как можно меньше. С другой, нужны эффективные способы борьбы с уже существующими устойчивыми микроорганизмами.
Конечно, заполучив необходимые для выживания гены, бактерии стремятся передать эту важную информацию по наследству. Но относительно недавно выяснилось, что, к сожалению, микроорганизмы не только передают устойчивость к антибиотику своему потомству, но и распространяют защитные гены среди своих соседей . Используют они для этого разновидность процесса горизонтального переноса генов, которая носит название конъюгация. Долгое время оставалось неясным, насколько сильно она распространена в бактериальных сообществах и каков её вклад в общую картину распространения супербактерий.
Новая работа биологов из Университета Дьюка опубликованная в Nature Communications окончательно отметает все сомнения в этом вопросе. Учёные экспериментировали с различными бактериями, и все они достаточно быстро обмениваются генами, чтобы обеспечить устойчивость колонии к курсу лекарств.
Но есть и хорошие новости: команда нашла способ нарушить этот процесс и подавить сопротивление микробов.
Устойчивость бактерий к антибиотикам представляет собой классический пример естественного отбора. Если среди тысяч микроорганизмов найдутся несколько счастливчиков, которые в результате мутации смогут пережить воздействие медицинского препарата, они быстро дадут начало новому поколению, не поддающемуся лечению теми же средствами.
Правда, за такую защиту часто приходится дорого заплатить. Например, если случайная ошибка в геноме позволяет бактерии построить более толстую мембрану, антибиотик не может проникнуть внутрь, но и сама клетка испытывает трудности, например, с делением. Поэтому без постоянного давления со стороны лекарственных препаратов носители таких мутаций должны постепенно исчезать.
Однако, если бактерии одного поколения могут обмениваться генами, всё очень сильно запутывается. Мало того, что устойчивость передаётся быстрее, так ещё и вероятность полезных для микроорганизмов мутаций в процессе конъюгации значительно вырастает. На данный момент принято считать, что этим неудобным для человека качеством обладает до 30% патогенных бактерий.
Линчун Ю (Lingchong You) и его коллеги давно исследуют причины возникновения устойчивости бактерий к лечению. За годы исследований они обнаружили, что более тридцати процентов патогенов способны развивать устойчивость благодаря горизонтальному переносу генов. И теперь одна из членов команды Эллисон Лопаткин (Allison Lopatkin) решила проверить, как девять видов болезнетворных бактерий, несущих гены устойчивости к антибиотикам, будут выживать в мирных условиях, то есть без попыток их уничтожить.
«Во всех этих тестах бактерии успешно поддерживали устойчивость через конъюгацию даже без избирательного давления антибиотиков, – рассказывает Лопаткин. – Её скорость действительно достаточно высока, и резистентность продолжает сохраняться, даже если гены обходятся бактериям слишком дорого».
По словам учёных, остановить этот процесс, меняя антибиотики и дозировки, практически невозможно. Но, к счастью, уже существуют некоторые препараты, способные не только замедлить размножение бактерий, но и прервать горизонтальный обмен генами.
Авторы работы проводят серию дополнительных экспериментов с комбинацией двух таких лекарственных препаратов, но до патентования метода подробности не разглашаются. Из пресс-релиза исследования известно лишь, что один из них имеет природное происхождение, а другой является антипсихотиком.
А вот команда канадских специалистов из Монреальского университета уже изложила свои первые победные результаты по борьбе с конъюгацией в издании Scientific Reports. Их целью стал поиск принципиально нового подхода для остановки передачи между бактериями определённых небольших молекул ДНК – плазмид . Основным объектом исследования стали бактерии рода Brucella.
Ключевым белком процесса конъюгации является так называемый TraE. Его выработку контролирует один из 24 генов Tra-оперона – области ДНК, ответственной за перенос плазмид между бактериями. Именно TraE и стал мишенью для химических манипуляций.
Используя метод рентгеновской кристаллографии, исследователи нашли ряд молекул, которые могут связываться с белком и блокируют его работу. После этого они определили точное место связывания, точнее, их оказалось два. Наконец, они провели поиск химических соединений меньшего размера с аналогичными качествами. Испытания на культурах бактерий рода Brucella показали эффективность такого подхода. Перенос плазмид с генами устойчивости действительно блокировался.
Что ж, новая стратегия борьбы озвучена, первый подход разработан. Остаётся только ждать результатов новых исследований, которые, возможно, приблизят учёных к победе над супербактериями. А пока они по-прежнему успешно обмениваются генетической информацией как по вертикали, так и по горизонтали, унося всё новые и новые человеческие жизни по всему миру.
Автор: Дарья Загорская