Антибиотики могут стимулировать размножение бактерий

Исследователи из Университета Эксетера обнаружили, что рост бактерий может стимулироваться антибиотиками.

Учёные, финансируемые EPSRC, подвергли бактерии E.coli восьми циклам обработки антибиотиками в течение четырёх дней. Они обнаружили, что у бактерии — которая может вызывать у людей сильные боли в животе, диарею и почечную недостаточность — с каждой обработкой возрастала устойчивость к антибиотикам.

Это ожидалось, но исследователи были удивлены, обнаружив, что мутировавшая E.coli размножалась быстрее, чем до встречи с препаратами, и формировала популяции, которые были в три раза больше из-за мутаций.

Это наблюдалось только у бактерий, подвергшихся воздействию антибиотиков. Когда учёные убрали препарат, эволюционные изменения не обратились вспять, а новые способности сохранились.

«Наше исследование предполагает, что у бактерий E.coli могут быть дополнительные преимущества, когда они развивают устойчивость к клиническим уровням антибиотиков», — сказал ведущий автор, профессор Роберт Бердмор.

«Часто говорят, что дарвиновская эволюция медленна, но ничто не может быть дальше от истины, особенно когда бактерии подвергаются воздействию антибиотиков.

У бактерий есть замечательная способность перестраивать свою ДНК, и это может остановить действие лекарств, иногда в течение нескольких дней.

Хотя быстрые изменения ДНК могут быть опасны для человеческой клетки, для бактерии, такой как E.coli, они могут иметь множество преимуществ, при условии, что они наткнутся на правильные изменения».

Исследователи изучили эффекты антибиотика доксициклина на E.coli в рамках исследования изменений ДНК, вызванных антибиотиками.

Эволюционировавшая «супербактерия» E.coli была безопасно заморожена при -80°C. Учёные использовали генетическое секвенирование, чтобы выяснить, какие именно изменения ДНК были ответственны за её необычную эволюцию.

Некоторые изменения хорошо известны и наблюдались у клинических пациентов, например, E.coli производила больше антибиотических насосов, которые бактерии используют для выталкивания антибиотиков из клетки.

Другое изменение заключалось в потере участка ДНК, который, как известно, кодирует спящий вирус.

«Наше лучшее предположение состоит в том, что потеря вирусной ДНК останавливает самоуничтожение E.coli, поэтому мы наблюдаем рост большего числа бактериальных клеток, как только увеличение количества ДНК насосов позволяет им изначально сопротивляться антибиотику», — сказал доктор Карлос Рединг.

«Это создаёт эволюционную силу для изменений в двух областях генома E.coli.

Обычно самоуничтожение может помочь бактериям колонизировать поверхности за счёт образования биоплёнок. Вы видите биоплёнки в грязной раковине, если заглянете в слив.

Но в нашем исследовании использовались жидкие условия, немного похожие на кровоток, поэтому E.coli могла отказаться от образа жизни с биоплёнками в пользу увеличения производства клеток».

Доктор Марк Хьюлетт добавил: «Некоторые утверждают, что эволюция лекарственной устойчивости не происходит при высоких дозах, но наша работа показывает, что это возможно, и что бактерии могут меняться способами, которые не будут полезны для лечения определённых типов инфекций.

Это показывает, как важно использовать правильный антибиотик для пациентов как можно скорее, чтобы мы не наблюдали подобных адаптаций в клинической практике».

Статья под названием «Неограниченная эволюция быстрых и эффективных антибиотикоустойчивых бактериальных геномов» опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.