Обнаружен новый механизм формирования устойчивости бактерий к синтетическим препаратам

Исследователи открыли процесс, способный генерировать устойчивость к синтетическим антибактериальным препаратам в популяциях бактерий задолго до их клинического применения.

Работу возглавили Жорди Барбе из группы Молекулярной микробиологии Автономного университета Барселоны (UAB) и Иван Эрилл из Университета Мэриленда (UMBC). Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.

Учёные проанализировали большой объём доступных бактериальных геномов, чтобы выявить происхождение мобильных генетических элементов, несущих устойчивость к сульфонамидам, часто обнаруживаемую у супербактерий в больницах.

Сравнительный анализ последовательностей и филогенетические методы позволили установить, что гены устойчивости к сульфонамидам появились в двух семействах почвенных бактерий (Rhodobiaceae и Leptospiraceae) более 600 миллионов лет назад в результате мутации в гене-мишени препарата. Эти гены начали быстро мобилизоваться и передаваться другим бактериям после широкого применения сульфонамидов в сельском хозяйстве и медицине в середине XX века.

Описание процесса, способного породить устойчивость к антибактериальному препарату до его изобретения и в отсутствие природных аналогов, которые могли бы способствовать появлению гена устойчивости, серьёзно влияет на разработку и применение будущих лекарств.

"Открытие подтверждает необходимость использования комбинированной терапии несколькими препаратами, способной атаковать различные механизмы устойчивости в больничной среде. Кроме того, поскольку происхождение этих генов устойчивости обнаружено у бактерий, обитающих в почве и водоносных горизонтах, это предупреждает нас о необходимости сократить текущее сельскохозяйственное использование антибактериальных средств", — говорит Иван Эрилл.

"Наша гипотеза заключается в том, что огромная генетическая изменчивость бактерий способствовала мутации генов устойчивости, которые мы идентифицировали, без необходимости селективного давления со стороны сульфонамида или любого другого подобного вещества, найденного в природе", — объясняет Жорди Барбе. "Таким образом, исследование подчёркивает, что обширный пангеном бактерий может привести к быстрому отбору и мобилизации уже существующей устойчивости при внедрении вновь синтезированного препарата", — заключает он.

Неожиданная устойчивость

Синтетические антибактериальные препараты, такие как сульфонамиды, создаются с использованием химических веществ, полностью разработанных в лабораториях, в то время как антибиотики основаны на веществах, вырабатываемых микроорганизмами в природе.

Гены устойчивости к антибиотикам могут существовать в природе ещё до их клинического использования, поскольку это сами микроорганизмы вырабатывают их для противодействия антибактериальным веществам своих конкурентов. Однако для синтетических препаратов это не ожидалось. Исследователи отмечают, что они не встречали процесса, подобного описанному в исследовании, где была выявлена мутация гена-мишени препарата.

Сульфонамид был первым синтетическим антибактериальным препаратом, применявшимся в клинической практике в первой половине прошлого века. В настоящее время он используется в терапии первой линии, особенно в развивающихся странах, а также широко применяется в качестве профилактического средства в сельском хозяйстве.