Фаги-паразиты оказались движущей силой эволюции «супербактерий»

Впервые исследователи из Медицинской школы Университета Питтсбурга обнаружили, что фаги — крошечные вирусы, атакующие бактерии, — играют ключевую роль в запуске быстрой бактериальной эволюции, ведущей к появлению устойчивых к лечению «супербактерий». Результаты опубликованы в Science Advances.

Учёные показали, что процесс адаптации и диверсификации в бактериальных колониях начинается не из однородной клональной популяции, как предполагала доминирующая теория. Оказалось, что причиной ранней адаптации часто служат не случайные точечные мутации, а именно фаги, которые, будучи паразитами, давали некоторым штаммам эволюционное преимущество.

«По сути, паразит стал оружием, — сказал старший автор Вон Купер, доктор философии, профессор микробиологии и молекулярной генетики. — Фаги наделили победителей средствами для победы. То, что убивало более чувствительные бактерии, давало преимущество другим».

Эволюцию бактерий можно наблюдать в течение нескольких дней из-за их быстрого роста. Это позволяет штаммам приобретать новые признаки или устойчивость к противомикробным препаратам за короткое время.

Исследователи сравнили клиническую картину бактериальных инфекций с фильмом, который начинают смотреть с середины. Как и опоздавшие зрители, врачи вынуждены принимать решения на основе статичного «снимка» состояния пациента, не имея возможности «перемотать плёнку» и увидеть начало процесса.

Новое исследование показывает, что эволюция бактерий и фагов часто идёт рука об руку, особенно на ранних стадиях инфекции. Это многослойный процесс, в котором фаги и бактерии вовлечены в хаотический «танец», постоянно взаимодействуя и коэволюционируя.

Учёные отследили изменения в генетических последовательностях шести бактериальных штаммов в раневой инфекции кожи свиней. Они обнаружили, что переход фагов от одного бактериального хозяина к другому был массовым — даже клоны, не получившие эволюционного преимущества, имели фаги, встроенные в свои геномы. У большинства клонов было более одного фага в генетическом материале — часто два, три или даже четыре.

«Это показало нам, насколько активно фаги взаимодействуют друг с другом и с новыми хозяевами, — отметил Купер. — Характеристика разнообразия на ранних стадиях бактериальных инфекций может позволить восстановить историю и проследить сложные пути эволюции для клинической пользы. А с растущим интересом к использованию фагов для лечения высокоустойчивых инфекций мы учимся обуздывать их мощь во благо».