Как бактериальные "пробки" приводят к образованию устойчивых к антибиотикам многослойных биоплёнок

Исследование, опубликованное в eLife, показывает, что бактериальный эквивалент дорожной пробки вызывает образование многослойных биоплёнок в присутствии антибиотиков.

Работа раскрывает, как коллективное поведение бактериальных колоний может способствовать возникновению устойчивости к антибиотикам. Эти идеи могут проложить путь к новым подходам в лечении бактериальных инфекций, которые помогут предотвратить развитие резистентности.

Помимо генетических мутаций, бактерии могут защищаться с помощью коллективного поведения, например, объединяясь в биоплёнку — тонкую скользкую плёнку из множества бактерий, менее восприимчивую к антибиотикам. Рои бактерий также могут подвергаться явлению, аналогичному человеческим пробкам, — «фазовому разделению, вызванному подвижностью» (motility-induced phase separation), когда они замедляются при большом скоплении.

В исследовании учёные подвергли колонию обычной почвенной бактерии Bacillus subtilis воздействию антибиотика канамицина в лабораторной чашке. Видеозапись показала, что в присутствии препарата бактерии формировали биоплёнки.

Команда продемонстрировала, что биоплёнка образуется, потому что бактерии начинают группироваться на расстоянии от антибиотика, формируя несколько слоёв роящихся клеток.

«Слои нарастают благодаря физическому механизму, при котором группы движущихся вместе клеток сталкиваются друг с другом, — объясняет первый автор Иаго Гробас. — Столкновение создаёт достаточное напряжение, чтобы клетки начали наслаиваться, после чего они движутся медленнее, привлекая больше клеток через механизм, аналогичный фазовому разделению, вызванному подвижностью. Эти множественные слои затем приводят к образованию биоплёнки».

Далее команда протестировала стратегию, чтобы остановить этот процесс. Они обнаружили, что разделение одной дозы антибиотика на два приёма без изменения общего количества препарата сильно снижает образование биоплёнки.

Авторы указывают, что теперь необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, используют ли патогенные для человека бактерии схожее поведение для выживания при воздействии антибиотиков. Если да, то будущие методы лечения должны учитывать такое поведение, чтобы снизить резистентность.

«Наши открытия ставят под вопрос способ применения антибиотиков и показывают, что увеличение дозировки — не всегда лучший способ остановить развитие биоплёнки, — говорит соавтор Мунехиро Асалли. — Важно также время воздействия препарата на бактерии».

«Эти идеи могут заставить нас пересмотреть способы введения антибиотиков пациентам при некоторых инфекциях», — заключает соавтор Марко Полин.