Учёные обнаружили неожиданный поворот в распространении бактериями генов устойчивости к антибиотикам

Исследователи выявили неочевидную особенность в том, как бактерии распространяют гены устойчивости к антибиотикам с помощью небольших кольцевых молекул ДНК — плазмид.

Плазмиды, находящиеся в бактериях и некоторых других микроорганизмах, физически отделены от хромосомной ДНК и могут реплицироваться самостоятельно. Бактерии могут получать плазмиды от других клеток или вирусов, и их накопление придаёт бактериям устойчивость к антибиотикам.

Однако одни плазмиды бактериям приобрести легче, чем другие. Что позволяет этим плазмидам легче распространяться?

Хотя логично предположить, что легче всего распространяются плазмиды, позволяющие бактериям расти быстрее, новое исследование в Nature Communications под руководством Эллисон Лопаткин описывает неожиданный эволюционный компромисс между временем задержки и скоростью роста.

Быстрое приобретение плазмид имеет свою цену

«Можно подумать, что организм, способный расти быстрее, всегда будет в выигрыше, но мы обнаружили, что это не так, потому что цена приобретения проявляется в задержке, а не в скорости роста», — говорит Лопаткин. «Немного большее время, необходимое для того, чтобы плазмида укоренилась, в конечном итоге помогло гену распространиться быстрее».

Лопаткин и её команда изучили скорость роста отдельных колоний бактерий сразу после приобретения плазмиды. В почти 60 условиях, охватывающих различные плазмиды, среды отбора и клинические штаммы, они обнаружили, что плазмиды с промежуточной «ценой» превосходят как низко-, так и высокозатратные аналоги.

Исследование показывает, что «цена» плазмид сложнее, чем считалось ранее, и является шагом к лучшему пониманию того, почему определённые типы патогенов лучше приобретают плазмиды, чем другие. Если учёные поймут, что определяет «цену» приобретения плазмиды, они потенциально смогут использовать эту информацию, чтобы ограничить распространение генов устойчивости к антибиотикам.

«Мы рассматриваем горизонтальный перенос генов как инженерный инструмент для контроля за распространением генов и помощи во взаимодействии бактериальных сообществ», — говорит Лопаткин. «Понимая отдельные части, мы надеемся не только бороться с такими явлениями, как устойчивость к антибиотикам, но и использовать плазмиды для доставки генов, которые могут помочь естественным бактериям разлагать нефть при разливах. Микробиомы могут быть полезны для многих приложений».

Лопаткин и её лаборатория планируют продолжить изучение основных генетических и экологических условий, которые успешно приводят к горизонтальному переносу генов. Команда будет использовать компьютерное моделирование, биоинформатику и механистические эксперименты для изучения молекулярных факторов, благоприятствующих образованию новых комбинаций «штамм-плазмида».

«В конечном итоге мы надеемся иметь возможность прогнозировать перенос генов высокого риска до того, как он произойдёт, что позволит нам исследовать новые стратегии контроля и лечения», — говорит Лопаткин.