Почему некоторые инфекции сохраняются? Виноват бактериальный "социализм"

Новое исследование, которое будет опубликовано 13 января в журнале Scientific Reports, показывает, что некоторые бактериальные культуры используют стратегию "все за одного, один за всех" для подготовки к возможной атаке антибиотиков.

Результаты могут иметь значение для лечения персистирующих инфекций, например, связанных с муковисцидозом.

В работе трёх исследователей из Университета Вермонта с помощью серии видеозаписей с интервальной съёмкой показано, что отдельные клетки в сообществе бактерий случайным образом используют каскад белков, чтобы стать более или менее устойчивыми к антибиотикам, даже когда сообществу не угрожает антибиотик. Бактериальная колония может восстановиться, если после лечения антибиотиком выживут всего несколько клеток.

"Для клетки энергетически затратно экспрессировать белки, которые позволяют ей быть устойчивой", — говорит Мэри Данлоп, доцент инженерного колледжа университета и автор-корреспондент статьи. "Эта стратегия позволяет колонии подстраховаться: отдельные клетки в популяции могут достигать высокого уровня устойчивости, в то время как другие избегают этой дополнительной работы".

Предыдущие исследования показали, что при воздействии некоторых антибиотиков все клетки в бактериальной популяции используют стратегию белкового каскада, активируемого механизмом MarA, чтобы стать устойчивыми.

Но новое исследование — одно из первых, показывающих, что колонии используют стратегию белкового каскада даже при отсутствии угрозы.

"Такая транзиторная устойчивость, распределённая в разной степени среди отдельных клеток в популяции, может быть нормой для многих бактериальных популяций", — считает Данлоп.

Это может объяснять, почему инфекция сохраняется при таких заболеваниях, как муковисцидоз. Для этих заболеваний клиницисты знают, что нельзя использовать антибиотики, которые стимулируют устойчивость на уровне всей популяции через MarA.

Но сохранение нескольких устойчивых к антибиотику клеток после лечения правильным антибиотиком может быть достаточным для поддержания инфекции.

Исследование предполагает, что изменение частоты и времени приёма антибиотиков может быть способом "переждать" инфекцию, пока бактерии передают устойчивость друг другу, что позволит препарату уничтожить всю культуру.

Некоторые устойчивые к антибиотикам бактерии, такие как MRSA, устойчивы из-за генетических изменений, например, мутаций. Изучаемые Данлоп и её коллегами бактерии изменяют свои признаки (например, экспрессию белков), но не геномы, что делает их значительно более трудными для идентификации, поскольку уровень устойчивости каждой бактерии меняется со временем.