Картирование 100 лет эволюции устойчивости к антибиотикам для выявления генетических причин

Новое исследование, картировавшее 100 лет бактериальной эволюции, выявило генетические причины распространения множественной лекарственной устойчивости (MDR) у бактерий.

Эксперты из Института Сэнгера (Wellcome Sanger Institute), Университета Бата (University of Bath), Агентства по безопасности здоровья Великобритании (UKHSA) и их коллеги проанализировали более 40 000 плазмид из исторических и современных образцов бактерий, собранных на шести континентах. Это крупнейший в своём роде набор данных.

Плазмиды — это передаваемые структуры в бактериях, которые позволяют разным штаммам обмениваться генетической информацией. В исследовании, опубликованном в Science, учёные обнаружили, что меньшинство плазмид вызывает большую часть множественной лекарственной устойчивости в мире. В будущем разработка методов нацеливания на них может привести к новым способам борьбы с устойчивыми к лечению инфекциями.

В настоящее время устойчивые к лечению инфекции ежегодно вызывают не менее одного миллиона смертей во всём мире, и ожидается, что это число будет расти. Хотя некоторые бактерии и грибы несут гены устойчивости к противомикробным препаратам (AMR) естественным образом, появление и распространение MDR и генов AMR постоянно связывают с использованием антибиотиков.

В этом исследовании учёные смогли проанализировать бактериальные образцы, начиная с 1917 года — времени до открытия антибиотиков. Команда обнаружила, что предковые плазмиды, которые впоследствии стали глобальными распространителями генов AMR, изначально не содержали генов устойчивости. Они эволюционировали, чтобы приобрести эту устойчивость по мере роста использования антибиотиков. Их потомки, относительно небольшая группа современных плазмид, теперь обеспечивают устойчивость как к антибиотикам первой линии, так и к препаратам последнего резерва, что делает их огромной угрозой для здоровья человека.

Погрузившись в историю бактерий за последние 100 лет, команда также разработала модель эволюции плазмид, выделив три различных пути, которые они могут пройти.

Современные плазмиды, содержащие гены MDR, возникли двумя из этих путей. Либо они были сформированы в результате вставки генов AMR в существующую структуру плазмиды, либо стали результатом слияния с другой плазмидой. Плазмиды, образованные слиянием, также обладают высокой способностью к передаче между разными видами бактерий.

Поскольку эти плазмиды обнаруживаются у множества различных видов бактерий, разработка методов нацеливания на плазмиды, несущие AMR, может привести к новым способам борьбы с множественными устойчивыми к лечению инфекциями во всём мире.

Кроме того, разработанная модель, объясняющая эволюцию за последние 100 лет, может помочь предсказать, как пройдут следующие 100 лет. Это может помочь прогнозировать вспышки и закономерности инфекционных заболеваний и использоваться для информирования стратегий общественного здравоохранения по сдерживанию их распространения.

Ключевые выводы:

• Небольшая группа плазмид ответственна за большую часть глобальной множественной лекарственной устойчивости.
• Предковые плазмиды не имели генов устойчивости до эры антибиотиков.
• Модель эволюции плазмид выявила три пути их развития, два из которых привели к появлению современных MDR-плазмид.
• Плазмиды, образованные слиянием, особенно легко передаются между видами бактерий.
• Исследование основано на уникальной исторической коллекции образцов и крупнейшем наборе данных о плазмидах.