Бактерии могут помогать другим бактериям лучше переносить антибиотики

Исследование лаборатории динамической системной биологии UPF показывает, что реакция бактерий на антибиотики может зависеть от других видов бактерий, с которыми они сосуществуют. Некоторые бактерии могут повышать толерантность других к антибиотикам. Работа, проведённая исследователями Летисией Галерой-Лапортой и Хорди Гарсией-Охальво, опубликована в журнале Science Advances.

Анализы чувствительности к антибиотикам обычно проводятся на культурах, где каждый вид бактерий живёт отдельно. Однако инфекции часто полимикробны, а в организме присутствует множество полезных бактерий (микробиота). Поэтому в данном исследовании учёные изучили, как сообщества из нескольких видов бактерий совместно реагируют на антибиотики.

Противоположный эффект в сообществе

Исследователи изучили реакцию бактерий Bacillus subtilis и Escherichia coli на антибиотик ампициллин (семейство пенициллинов). По отдельности E. coli чувствительна к этому антибиотику, а B. subtilis толерантна — она способна расти.

«Контринтуитивно мы наблюдали, что когда два вида бактерий сосуществуют, их реакция на антибиотик противоположна той, что наблюдается, когда они находятся по отдельности. Бактерия, которая могла выжить, погибает, и наоборот», — говорит Летисия Галера-Лапорта.

С помощью математической модели учёные выяснили, что меняется коллективный ответ в результате изменения доступности препарата для каждого вида бактерий в присутствии другого.

Механизм взаимодействия

Ампициллин инактивирует белки, необходимые для синтеза клеточной стенки. Bacillus subtilis толерантна к нему, потому что инактивирует антибиотик и снижает его свободное количество в среде. Это приносит пользу E. coli при совместном существовании, так как поддерживает количество ампициллина ниже порога, необходимого для её уничтожения.

Напротив, E. coli не способна инактивировать антибиотик; она действует как губка: удерживает антибиотик какое-то время, а затем возвращает его в среду. Эта буферная роль задерживает снижение концентрации антибиотика в среде и, следовательно, вредит B. subtilis, поддерживая антибиотик в среде в тот период, когда B. subtilis одна уже устранила бы его.

Значение для медицины

Большинство подобных исследований сосредоточено на генетической устойчивости к антибиотикам через мутации. «Но с помощью таких исследований мы хотим показать важность того, чтобы не упускать из виду, что выживание бактерий под действием антибиотиков может быть обусловлено другими, негенетическими механизмами», — объясняет Хорди Гарсия-Охальво.

Показанные механизмы не специфичны только для двух использованных видов бактерий и антибиотика. Это открытие подтверждает сложность выбора правильной дозы антибиотика при лечении инфекций, поскольку доступная информация относится к видам, находящимся по отдельности.

С другой стороны, исследование также предполагает возможность использования непатогенных бактерий для повышения чувствительности вредных. «Мы должны учитывать микробный контекст, в котором находятся бактерии, чтобы улучшить информацию, позволяющую выбрать подходящую дозу антибиотика в каждом конкретном случае», — заключает Гарсия-Охальво.