Устойчивость бактерий к меди формировалась тысячелетиями
Использование меди человеком, начиная с Бронзового века, повлияло на эволюцию бактерий, приведя к появлению микроорганизмов, высокоустойчивых к антибактериальным свойствам этого металла.
Большие количества меди токсичны для людей и большинства живых клеток. Однако наша иммунная система использует некоторое количество меди для борьбы с болезнетворными бактериями.
Увеличение содержания меди в окружающей среде приводит к росту числа бактерий, включая E. coli, которые развивают генетическую устойчивость. Это может повысить риск инфекций для людей, считает Джейсон Слот, руководивший новым исследованием устойчивости к меди, доцент кафедры фитопатологии Университета штата Огайо.
Сегодня медь широко используется, в том числе в кормах для животных и для изготовления больничного оборудования — областях, которые могут особенно способствовать развитию у бактерий ещё большей устойчивости.
Под давлением "медного стресса" бактерии обменивались ДНК, что позволило некоторым из них пережить угрозу. На протяжении веков гены, приводящие к устойчивости к меди, объединялись, создавая особенно серьёзного противника для тяжёлого металла — кластер, который учёные называют "островом гомеостаза меди и устойчивости к серебру" (CHASRI).
Слот и его коллеги создали молекулярные часы, используя образцы бактерий, собранные с течением времени, и эволюционный анализ, чтобы проследить историю устойчивости к меди. Команда изучила изменения в бактериях и сопоставила их с использованием меди человеком. Их работа предполагает, что были повторяющиеся эпизоды генетической диверсификации внутри бактерий, которые, по-видимому, соответствуют пикам производства меди.
Исследование опубликовано в журнале Genome Biology and Evolution.
Слот, эволюционный биолог, впервые заинтересовался устойчивостью к меди, когда узнал, что вовлечённые гены эволюционируют не так, как ожидали учёные.
"Это могло возникнуть в то время, когда люди начали активно использовать медь — в Бронзовом веке", — сказал Слот. Он и его коллеги предполагают, что первоначальная устойчивость могла возникнуть в молоке, сброженном в сосуде из медного сплава, или в кишечнике животного в среде с высоким содержанием меди.
С тех пор использование меди человеком, вероятно, способствовало появлению бактерий с более прочной "бронёй" против неё. Например, "около 2000 лет назад римляне выбрасывали в окружающую среду огромное количество медной пыли", — отметил Слот. Ледяные керны из Гренландии подтверждают эту теорию, показывая вероятно высокие выбросы меди в то время.
Сегодня медь широко используется в промышленности, включая сельское хозяйство, где металл добавляют в корма для откорма животных. В последние годы наблюдается тенденция к более активному использованию меди в медицинских учреждениях из-за её антибактериальных свойств.
"Вы провоцируете бактерии в окружающей среде на развитие механизма, который позволяет им избежать вашей иммунной системы", — сказал Слот.
"Я думаю, что злоупотребление чем бы то ни было — плохая идея, но людям действительно трудно не злоупотреблять немногим оружием, которое у нас есть".