Гены хозяина могут влиять на распространение устойчивости к антибиотикам

В желудочно-кишечном тракте животных бактерии могут обмениваться генами устойчивости к антибиотикам (AR) через небольшие кольцевые фрагменты ДНК — плазмиды. Однако этот процесс в сложной среде кишечника до конца не изучен, а AR стала серьёзной угрозой общественному здоровью. По данным CDC, ежегодно более 2,8 миллиона человек диагностируют с инфекциями, устойчивыми к лечению антибиотиками, и 35 000 человек умирают.

«В кишечнике человека миллионы бактерий, — говорит микробиолог Мельха Меллата, доктор философии из Университета штата Айова. — Если плазмида AR попадёт в наш кишечник с загрязнённой пищей или другим путём, она быстро распространится на другие кишечные бактерии, что приведёт к появлению бактерий, устойчивых к лечению антибиотиками». Чтобы этого не допустить, необходимо понять, какие факторы запускают или подавляют передачу плазмид.

На этой неделе в журнале mSphere Меллата и её коллеги опубликовали результаты, которые предполагают, что генетический фон самого организма-хозяина может играть недооценённую роль в обмене устойчивостью между бактериями, по крайней мере, у мышей. Исследователи проанализировали, как плазмиды, связанные с AR, передавались от одного микроба к другому у двух генетически разных групп мышей. Обе группы начинали с одинаковой популяции кишечных микробов и содержались в одинаковых условиях на одинаковой диете.

Исследователи обнаружили, что плазмиды успешно передавались у одних мышей, но не у других, что означало, что AR распространялась не одинаково во всех группах. Это наблюдение привело к дальнейшему анализу, который показал, что микробные взаимодействия могут быть связаны с генетическими факторами самих мышей, а также со сложностью микробиоты кишечника.

«В генах хозяина есть нечто, что может усиливать эту передачу», — сказала Меллата, руководившая исследованием.

Меллата и её коллеги использовали штамм Salmonella, несущий крупные плазмиды, которые делают бактерию устойчивой к стрептомицину и тетрациклину — двум распространённым антибиотикам. Предыдущие исследования других учёных подтвердили, что эти плазмиды могут передаваться Escherichia coli.

Однако те эксперименты проводились на бактериальных культурах. В новом исследовании группа Меллаты изучила, как плазмиды распространяются на E. coli в самих животных. Более глубокое понимание распространения устойчивости требует изучения процессов в желудочно-кишечном тракте хозяина, отметила она. «Нам нужно изучать эту проблему через призму сложной среды хозяина, поскольку в реальности именно так это явление и происходит».

Исследования Меллаты в Университете штата Айова сосредоточены на изучении крупных плазмид (которые могут содержать множество генов, связанных с AR) и разработке вакцин против штаммов E. coli, устойчивых к антибиотикам. Предыдущая работа её группы показала, что линии мышей с ограниченным набором известных кишечных микробов более восприимчивы к инфекциям, чем обычные мыши. Это наблюдение побудило их исследовать, как генетический фон самого животного — а не только микробное сообщество — может влиять на передачу плазмид.

Группа Меллаты сейчас продолжает эксперимент, пытаясь идентифицировать конкретные генетические факторы хозяина, которые могут запускать передачу плазмид. Она надеется, что эти открытия могут привести к новому способу остановить распространение устойчивости к антибиотикам. «Если мы сможем воздействовать на эти специфические факторы хозяина, мы сможем уменьшить передачу плазмид, что предотвратит появление новых устойчивых к антибиотикам штаммов», — сказала она.

«Люди умирают от бактериальных инфекций, — отметила Меллата. — Они не должны умирать от бактерий вроде E. coli. Появление бактерий, устойчивых к антибиотикам последнего резерва, происходит очень быстро, и мы хотим выяснить, что заставляет это происходить».