Устойчивость к антибиотикам оказалась сложнее

Чувствительные к антибиотикам бактерии могут выживать, если вокруг них находится достаточное количество устойчивых клеток, которые экспрессируют фактор, деактивирующий антибиотик. Эта новая концепция о том, как микробный контекст может снижать эффективность антибиотикотерапии, была опубликована микробиологами из Университета Гронингена и их коллегами из Сан-Диего в журнале PLOS Biology 27 декабря.

Ключевой эксперимент исследования: зеленые Staphylococci (экспрессируют ген устойчивости к хлорамфениколу) и черные Streptococcus pneumoniae (не имеют гена устойчивости) помещены в среду с антибиотиком. Сначала делятся только зеленые клетки. Со временем черные клетки также начинают делиться и даже обгоняют в росте зеленые.

Объяснение микробиолога Робина Сорга, первого автора статьи: «Устойчивые клетки поглощают хлорамфеникол и деактивируют его. В определенный момент концентрация антибиотика в среде падает ниже критического уровня, и неустойчивые клетки начинают расти». В отличие от известного механизма с секрецией бета-лактамаз, в данном случае антибиотик деактивируется внутри устойчивых клеток.

Подтверждение моделями

Открытие было сделано с помощью микроскопии в режиме таймлапса и подтверждено компьютерным моделированием, а также на мышиной модели пневмонии. «У мышей мы наблюдали, что чувствительные Streptococcus pneumoniae выживают при лечении хлорамфениколом, если животные коинфицированы устойчивыми бактериями». Результаты исключили перенос гена устойчивости.

Эти данные согласуются с клиническими наблюдениями, когда после безуспешного лечения антибиотиками у пациентов иногда высевают чувствительные к ним бактерии. Сорг: «Это всегда ставило врачей в тупик. Наша работа может дать одно из возможных объяснений».

Последствия для распространения устойчивости

Чувствительные бактерии могут дольше выживать в присутствии устойчивых и в итоге даже вытеснять их. Это усложняет понимание распространения антибиотикорезистентности. Сорг: «Мы знаем, что использование антибиотиков приводит к отбору устойчивых штаммов. Однако мы не до конца понимаем процессы, ни то, почему устойчивость может развиваться так быстро. Такие исследования на уровне отдельных клеток, как наше, помогают восполнить некоторые пробелы».

Важный нюанс: в эксперименте чувствительные клетки переставали расти, но не погибали. «Многие механизмы бактерицидного действия антибиотиков зависят от делящихся клеток или, по крайней мере, клеток с активным метаболизмом». То, что не убивает клетки, дает им время приобрести гены устойчивости из окружающей среды.

Выводы для медицины

Это знание может помочь врачам при назначении антибиотиков. Сорг предлагает персонализированный подход: проверять непатогенные микроорганизмы пациента на наличие генов устойчивости, так как их присутствие увеличивает риск переноса этих генов на патогены.

Для предотвращения возникновения устойчивости у непатогенных микроорганизмов критически важно использовать антибиотики как можно более сдержанно. Более полное понимание механизмов распространения резистентности может однажды помочь найти способ ее остановить.