Бактерии скрывают секретное оружие против антибиотиков

Ученые обнаружили, что патогенные бактерии могут использовать скрытые генетические изменения для быстрой эволюции под стрессом и развития устойчивости к антибиотикам более разнообразными способами, чем считалось ранее. Результаты опубликованы в журнале Biomicrofluidics.

Исследователи из Принстонского университета наблюдали, как два схожих штамма E.coli быстро развили сходный уровень устойчивости к антибиотику, используя при этом удивительно разные генетические мутации. Разные решения одной проблемы показывают, что у бактерий есть разнообразный арсенал генетического "оружия" для борьбы с антибиотиками, что потенциально делает их более универсальными и трудными для победы.

"Бактерии умны – у них есть скрытые способы реагировать на стресс, включающие перестройку их геномов", — сказал Роберт Остин, биофизик из Принстона, руководивший исследованием.

Ускоренная эволюция

Команда использовала специальное микрофлюидное устройство, содержащее около 1000 соединенных микросред обитания, где растут популяции бактерий. Устройство создает сложные градиенты пищи и антибиотиков, подобные тем, что могут быть в естественных средах, таких как кишечник.

"В сложных средах появление устойчивости может быть гораздо более быстрым и значительным, чем можно было бы ожидать из экспериментов в пробирках", — отметил Остин.

Секретное оружие раскрыто

Секвенирование геномов обычного ("дикого типа") и мутантного штамма GASP E.coli, подвергшихся воздействию антибиотика ципрофлоксацина (Ципро), показало, что разные генетические мутации могут приводить к сходным уровням устойчивости.

Один из устойчивых штаммов GASP эволюционировал, перестав нуждаться в образовании биопленок для выживания в стрессе. Он сделал это, "позаимствовав" фрагмент оставшейся ДНК от вируса, поражающего бактерии (бактериофага). Другой штамм не совершил такого исключения.

Вирусы часто вводят свою ДНК в бактерии, и иногда последовательности ДНК остаются, не имея явной функции для репликации вируса. В нормальных условиях эта "оставшаяся" ДНК может не помогать и не мешать бактерии, но в условиях стресса бактерии могут использовать новую ДНК для быстрой эволюции устойчивых мутаций.

Результаты демонстрируют тонкость и разнообразие инструментов, которые бактерии используют для борьбы со стрессом. Команда планирует проверить, могут ли бактерии в их устройствах эволюционировать устойчивость к этанолу, что ставит под вопрос эффективность даже таких методов, как дезинфекция поверхностей.