Как бактерии развивают устойчивость к антибиотикам

Бактерии могут быстро эволюционировать, чтобы стать устойчивыми к антибиотикам, адаптируя специальные молекулярные насосы для выведения лекарств из своих клеток. К такому выводу пришли исследователи из Института Квадрам и Университета Восточной Англии. Исследование опубликовано в журнале npj Antimicrobials and Resistance.

Устойчивость к противомикробным препаратам — растущая проблема глобального значения. Появление резистентных «супербактерий» угрожает нашей способности лечить инфекции и предотвращать их распространение.

Механизм исследования

Учёные смоделировали эволюционное давление, которое приводит к резистентности, подвергая бактерии Salmonella воздействию двух разных антибиотиков. Бактерии выращивались в двух состояниях:

• Планктонные — плавающие в жидкой среде.
• В биоплёнках — на поверхностях, что является их основным способом существования в реальном мире и обеспечивает защиту от стрессов.

Вырастив и подвергнув воздействию антибиотиков сотни поколений бактерий, исследователи в условиях «симуляции эволюции» отобрали наиболее приспособленные штаммы.

Ключевое открытие

Секвенирование геномов устойчивых бактерий показало, что оба антибиотика выбрали разные мутации в гене, кодирующем молекулярный насос AcrB, который Salmonella использует для выведения токсичных соединений из клеток. В сотрудничестве с коллегами из Университета Эссекса и Университета Кальяри было установлено, что эти две разные мутации изменяют работу насоса принципиально различными способами:

• Одна мутация облегчала насосу «захват» молекул лекарств.
• Другая — облегчала «проскальзывание» лекарств через насос.

Поиск в базах данных геномов изолятов Salmonella показал, что одна из этих мутаций уже многократно возникала в реальном мире — у бактерий от пациентов, скота и пищевых продуктов в Великобритании, США и ЕС, начиная с 2003 года.

Значение работы

Результаты подтверждают первостепенную роль этих насосов как первой линии защиты бактерий от антимикробных препаратов.

«Эта работа моделирует то, что происходит в реальном мире, где бактерии постоянно подвергаются воздействию различных концентраций антимикробных препаратов», — сказала ведущий автор исследования доктор Элефтерия Трампари из Института Квадрам.

Понимание механизмов возникновения устойчивости поможет оптимизировать применение антибиотиков, чтобы минимизировать селекцию резистентности, а также может помочь в разработке диагностических и терапевтических стратегий.