Супербактерии имеют арсенал защиты, но мы нашли новый способ их обойти

Исследователи не открывали новых антибиотиков десятилетиями. Но наше новое исследование, опубликованное сегодня в Nature Microbiology, нашло способ дать второе дыхание имеющимся у нас антибиотикам.

Он связан с использованием вирусов, убивающих бактерии.

Проблема

Больницы — страшное место, и чем дольше вы в них находитесь, тем выше ваш риск. Среди этих рисков внутрибольничные инфекции, вероятно, самые большие. Каждый год в Австралии 180 000 пациентов страдают от инфекций, которые удлиняют их пребывание в больнице, увеличивают расходы и, к сожалению, повышают риск смерти.

Звучит абсурдно — больницы должны быть самыми чистыми местами. Но бактерии повсюду и могут адаптироваться к самым суровым условиям. В больницах наше возросшее использование дезинфицирующих средств и антибиотиков заставило эти бактерии эволюционировать, чтобы выжить. Эти выжившие называются «супербактериями» и имеют арсенал инструментов для сопротивления антибиотикам. Супербактерии охотятся на самых уязвимых пациентов, например, в отделениях интенсивной терапии.

Acinetobacter baumannii — это супербактерия, ответственная за до 20% инфекций в отделениях интенсивной терапии. Она прикрепляется к медицинским устройствам, таким как трубки аппаратов ИВЛ, мочевые и внутривенные катетеры. Она вызывает разрушительные инфекции в легких, мочевыводящих путях, ранах и кровотоке.

Лечение затруднено, потому что A. baumannii может производить ферменты, разрушающие целые семейства антибиотиков. Другие антибиотики никогда не проникают через ее внешний слой, или капсулу. Этот внешний слой — толстый, липкий, вязкий и состоящий из сахаров — также защищает супербактерию от иммунной системы организма. В некоторых случаях даже самые сильные — и самые токсичные — антибиотики не могут убить A. baumannii. В результате Всемирная организация здравоохранения назвала ее критическим приоритетом для открытия новых методов лечения.

(Отчасти) новое решение

Говорят, враг твоего врага — твой друг. Есть ли у бактерий враги?

Бактериофаги (или просто фаги) — естественные хищники бактерий. Их название буквально означает «пожиратель бактерий». Вы можете найти фаги везде, где есть бактерии.

Фаги — это вирусы. Но не пугайтесь. В отличие от известных вирусов — таких как ВИЧ, оспа или SARS-CoV-2, коронавирус, вызывающий COVID, — фаги не могут навредить человеку. Они заражают и убивают только бактерии. Фактически, фаги довольно разборчивы. Один фаг обычно заражает только один тип бактерий.

С момента их открытия в начале 1900-х годов врачи думали об очевидном применении фагов: лечении бактериальных инфекций. Но эта практика, известная как фаговая терапия, была в значительной степени отвергнута после открытия антибиотиков в 1940-х годах.

Сейчас, с тревожным ростом устойчивых к антибиотикам супербактерий и отсутствием новых антибиотиков, исследователи вновь обращаются к фаговой терапии. В Австралии, например, команда под руководством профессора Джона Айределла из больницы Уэстмид в Сиднее сообщила в феврале о безопасном использовании фаговой терапии у 13 пациентов, страдающих инфекциями другой супербактерии, Staphylococcus aureus.

Мы начали наше исследование с «охоты» на фаги против A. baumannii. Из образцов сточных вод со всей Австралии мы успешно выделили ряд фагов, способных убить супербактерию. Это была легкая часть.

Стирание устойчивости к антибиотикам

При смешивании наших фагов с A. baumannii в лаборатории они смогли уничтожить почти всю бактериальную популяцию. Но «почти» было недостаточно хорошо. В течение нескольких часов супербактерия показала, насколько она умна. Она нашла способ стать устойчивой к фагам и счастливо росла в их присутствии.

Мы решили присмотреться к этим устойчивым к фагам A. baumannii. Понимание того, как она перехитрила фаги, могло бы помочь нам выбрать следующую атаку.

Мы обнаружили, что у устойчивой к фагам A. baumannii отсутствовал внешний слой. Гены, ответственные за производство капсулы, мутировали. Под микроскопом супербактерия выглядела «голой», без признаков своей характерной толстой, липкой и вязкой поверхности.

Чтобы убить свою бактериальную жертву, фаги сначала должны прикрепиться к ней. Они делают это, распознавая рецептор на поверхности бактерии. Представьте это как механизм «замок-ключ». У каждого фага есть уникальный ключ, который откроет только определенный замок, представленный определенными бактериями.

Нашим фагам для прикрепления нужна была капсула A. baumannii. Это был их потенциальный порт входа в супербактерию. При атаке нашими фагами A. baumannii сбежала, избавившись от своей капсулы. Как и ожидалось, это помогло нам решить, как атаковать дальше: антибиотиками.

Мы протестировали действие девяти различных антибиотиков на устойчивую к фагам A. baumannii. Без защитной капсулы супербактерия полностью потеряла устойчивость к трем антибиотикам, снизив дозу, необходимую для ее уничтожения. Фаги загнали супербактерию в угол.

Мы установили способ вернуть чувствительность к антибиотикам у одной из самых опасных супербактерий.

Взгляд в будущее

Фаговая терапия уже использовалась у пациентов с опасными для жизни инфекциями A. baumannii с успешными результатами. Это исследование подчеркивает возможность использования фагов для «спасения» антибиотиков и их применения в комбинации. В конце концов, два лучше, чем один.