Как конкуренция и кооперация бактерий влияют на устойчивость к антибиотикам

Новые вычислительные симуляции показывают, что эффект антибиотиков на бактериальное сообщество зависит от того, являются ли отношения между соседними видами конкурентными или кооперативными, а также от их пространственного расположения. Эти результаты представляют Сильвия Эстрела из Йельского университета и Сэм Браун из Технологического института Джорджии в журнале PLOS Computational Biology.

Бактерии, живущие в непосредственной близости, могут иметь конкурентные взаимодействия (например, борьба за ограниченные ресурсы) или кооперативные (мутуалистические) взаимодействия (например, когда один вид производит продукт, служащий пищей для другого). Предыдущие исследования изучали, как конкуренция влияет на реакцию сообщества на антибиотики, но о роли мутуалистических отношений известно меньше.

Чтобы изучить этот вопрос, Эстрела и Браун использовали вычислительный подход. Они модифицировали существующую модель роста бактерий, чтобы предсказать, как конкурентные или мутуалистические взаимодействия между антибиотико-устойчивыми и антибиотико-чувствительными видами могут повлиять на реакцию двухвидового сообщества на лечение антибиотиками.

Симуляции показали, что при конкуренции двух видов лечение антибиотиками подавляло чувствительный вид, способствуя росту устойчивого. Однако в контексте мутуалистических отношений воздействие антибиотиков на чувствительный вид также подавляло и устойчивый вид из-за их взаимозависимости.

Исследователи также обнаружили, что пространственное расположение отдельных бактериальных клеток влияет на их реакцию на антибиотики. Некоторые устойчивые виды используют стратегии детоксикации против антибиотиков, что может приводить к перекрёстной защите близлежащих чувствительных клеток. Симуляция показала, что такая перекрёстная защита более эффективна для мутуалистической пары чувствительного и устойчивого видов, поскольку мутуалисты стремятся смешиваться по мере роста, в то время как конкурирующие или не взаимодействующие виды — разделяться.

«Слишком мало известно об экологии микробных инфекций, особенно о том, что делают патогены и как они взаимодействуют с резидентными микробами хозяина, — говорит Эстрела. — Мы надеемся, что наши результаты помогут привлечь внимание к тому факту, что экологический контекст сообщества и пространственное расположение, в котором применяются антибиотики, имеют значение для успеха лечения».

Далее исследователи планируют проверить предсказания симуляций в лаборатории и использовать результаты для уточнения модели, чтобы тестировать новые идеи и генерировать новые гипотезы.