Модель энергетики бактерий показывает, как устойчивость к антимикробным препаратам распространяется в окружающей среде

Бактерии могут развивать устойчивость к различным факторам давления в окружающей среде, например, к антибиотикам. Платой за лучшую защиту является расход ограниченного ресурса — энергии.

Бактерии должны решать, как распределять энергию между развитием устойчивости и её распространением на соседние бактерии (через процесс конъюгативного переноса). Существует определённый порог, после которого затраты энергии становятся оправданными, но детали этих порогов в водной среде изучены плохо.

Исследовательская группа под руководством доцента Катаюн Амирфард из Высшей школы экологических исследований и профессора Дайсукэ Сано из Высшей школы инженерии Университета Тохоку проанализировала, как бактерии в водной среде распределяют энергию между различными функциями: ростом, формированием биоплёнки (защитного барьера), конъюгативным переносом генов устойчивости к антимикробным препаратам и устойчивостью к тяжёлым металлам.

Выяснение стратегий распределения энергии бактериями, как ожидается, внесёт вклад в улучшение управления водной средой.

«Эти результаты дают важные ключи к тому, чтобы остановить распространение устойчивых к антибиотикам бактерий в водной среде», — говорит Сано.

Результаты опубликованы в журнале Water Research.

Команда использовала математическую модель, основанную на теории динамического энергетического бюджета (DEB). В частности, исследователи сосредоточились на том, как распределение энергии бактериями меняется со временем при воздействии оксида цинка (ZnO) — широко используемого материала, часто встречающегося в водной среде.

Используя экспериментально измеренные значения, включая концентрацию субстрата, биомассу биоплёнки, плотность бактерий и эффективность конъюгации, они оценили параметры DEB-модели.

Это исследование впервые показывает, как бактерии в водной среде стратегически распределяют свою ограниченную энергию между несколькими физиологическими функциями в условиях экологического стресса.

Это механистическое понимание даёт новую научную основу для оценки того, как загрязнители влияют на распространение устойчивости к антимикробным препаратам в окружающей среде. Это может способствовать разработке более эффективных стратегий управления качеством воды, контроля загрязнения и охраны общественного здоровья.

«Устойчивость к антимикробным препаратам — это растущая проблема глобального здравоохранения, и её экологические аспекты изучены меньше, чем клинические», — отмечает Амирфард. — «Мы надеемся, что это исследование поможет заполнить этот пробел в знаниях».