Исследование обнаружило альтернативный путь к устойчивости бактерий к антибиотикам
Исследователи из Принстона обнаружили новый, тревожный путь, по которому некоторые бактерии приходят к устойчивости к антибиотикам.
Исследование сосредоточилось на бактериях-персистерах, которые отличаются от устойчивых бактерий. Устойчивые бактерии обладают генетическими мутациями, которые напрямую защищают их от антибиотиков. Персистеры же, не имея генетических преимуществ для выживания, могут пережить воздействие благодаря включению или выключению определенных генов до, во время или после лечения.
Исследование показало, что граница между двумя типами бактерий не так четка, как считалось ранее. Некоторые персистеры с большей вероятностью, чем обычные бактерии, производили потомство с прямой генетической устойчивостью к антибиотикам. Более того, потомство персистеров демонстрировало устойчивость не только к препарату, который пережили их предки, но и к совершенно другим классам антибиотиков.
"Наше исследование показало, что бактерии-персистеры могут существенно увеличивать риск возникновения устойчивых мутантов", — сказал Марк Бринилдсен, старший автор исследования.
Это означает, что для замедления появления супербактерий клиницистам и фармакологам необходимо применять новые терапевтические тактики против персистеров.
Механизм явления
Исследование проводилось на модели Escherichia coli (E. coli). Ученые охарактеризовали, как персистеры восстанавливаются после воздействия антибиотика.
Ранее считалось, что персистеры выживают невредимыми, потому что препараты просто не работают на их клеточных мишенях. Однако не все антибиотики работают одинаково.
Антибиотики класса фторхинолонов (например, офлоксацин) атакуют ключевой фермент ДНК-гиразу. Это приводит к повреждению ДНК и запускает SOS-ответ. Механизмы репарации ДНК, которые по своей природе подвержены ошибкам, работают сверхурочно, что повышает общую частоту мутаций в клетке. Клетки также могут подвергаться процессу, известному как филаментация, когда они удлиняются, но не делятся, пока не восстановят свою поврежденную ДНК.
С помощью микроскопии в режиме реального времени исследователи наблюдали, как персистеры E. coli, подвергнутые воздействию офлоксацина, проходят через эти этапы.
"Мы наблюдали персистера длиной более 60 микрон, что в 30 раз превышает его нормальную длину, — сказал Бринилдсен. — Было совершенно очевидно, что ДНК персистера была повреждена в результате лечения".
Экстремальная реакция выживания в конечном итоге окупилась. Помимо победы над офлоксацином, потомство некоторых персистеров продемонстрировало устойчивость к антибиотикам с совершенно другими механизмами действия, включая блокирование образования клеточной стенки.
"Обычно при использовании антибиотика существует опасение, что возникнет устойчивость к этому конкретному препарату, — сказал Бринилдсен. — Ускорение устойчивости к другим классам антибиотиков, как мы видели в нашем исследовании, является гораздо худшим сценарием, потому что это еще больше ограничивает ваши терапевтические возможности".
Исследование опубликовано в Nature Communications 12 марта.