Устойчивость к антибиотикам без антибиотиков
Устойчивость к антибиотикам — глобальная угроза, ежегодно приводящая к более чем 23 000 смертей в США. Хотя долгое время винили чрезмерное воздействие антибиотиков, доцент Мэри Данлоп (BME) переворачивает эту идею, обнаружив, что бактерии могут развивать устойчивость и без контакта с антибиотиками.
В новом исследовании, опубликованном в Science, Данлоп и её соавтор Иман Эль Меуш обнаружили связь между краткосрочным механизмом выживания бактерий и долгосрочной лекарственной устойчивостью.
Учёные десятилетиями придерживались идеи, что устойчивость возникает при длительном воздействии препарата. Однако контрольный эксперимент выявил ранее не изученную корреляцию между временными защитными механизмами и мутациями, ведущими к постоянной устойчивости.
В природе бактерии используют так называемые эффлюксные насосы, чтобы выталкивать антибиотики и другие токсины из клетки. Производство этих насосов энергетически затратно и замедляет рост клетки. Чтобы сбалансировать потенциальную выгоду выживания с затратами, бактерии диверсифицируют количество насосов, которые экспрессируют разные клетки.
«Мы обнаружили, что клетки с большим количеством этих насосов не только изначально более устойчивы к антибиотикам, но и находятся в положении, когда они мутируют для достижения более высокого уровня устойчивости. Экспрессия насосов может быть ступенькой к лекарственной устойчивости», — говорит Данлоп.
Один из самых удивительных аспектов — бактерии были склонны к мутациям, вызывающим устойчивость, даже никогда не подвергаясь воздействию антибиотиков. Для проверки исследователи генетически модифицировали бактерии для экспрессии разного уровня насосов и изучили связь между экспрессией эффлюксных насосов, ферментом репарации ДНК MutS и скоростью роста клеток.
Они выявили обратную корреляцию между экспрессией эффлюксных насосов и белка MutS: чем больше насосов использует клетка, тем меньше у неё белков MutS.
Также была изучена связь между скоростью роста клеток и экспрессией насосов. Известно, что медленный рост клеток приводит к большему количеству мутаций. Увеличение экспрессии насосов и замедление роста могут быть не просто корреляцией, а причиной постоянной, генетической устойчивости к антибиотикам.
«Бактерии устойчивы не только потому, что экспрессируют эффлюксные насосы, но и более склонны к мутациям через эти другие связи», — говорит Эль Меуш.
На данный момент Данлоп и Эль Меуш раскрыли три элемента этого механизма, но не уверены, как они вписываются в общую картину устойчивости. Эти элементы могут быть напрямую связаны или между ними могут быть недостающие звенья в цепи биологических событий.
«Мы много знаем о генетических изменениях, которые передаются в популяции в условиях, например, инфекции. Но мы мало знаем о самом первом шаге — как отдельная бактерия меняется от чувствительности к устойчивости», — отмечает Данлоп.
Это открытие позволяет исследовать, как именно клетки могут развивать устойчивость в отсутствие антибиотиков, и потенциально найти способы заблокировать этот путь.