Ученые нашли потенциальное оружие в борьбе с устойчивостью к антибиотикам
Ученые из Школы медицины UNC обнаружили, что бактерия может становиться гораздо более или менее восприимчивой к антибиотику в зависимости от конкретного бактериального сообщества, в котором она находится.
В частности, ученые выяснили, что бактерия Pseudomonas aeruginosa может продуцировать специфические молекулярные факторы, которые резко увеличивают или уменьшают способность антибиотика убивать Staphylococcus aureus — другую бактерию, часто вызывающую ко-инфекции с P. aeruginosa.
Результаты, опубликованные в PLoS Biology, указывают на возможность создания новых антибиотиков, использующих эти факторы для повышения восприимчивости.
Исследование также показывает, как понимание точного состава бактерий и их взаимодействий может стать стандартной частью клинической практики лечения бактериальных инфекций, особенно более опасных, связанных с устойчивостью к антибиотикам. В настоящее время врачи оценивают восприимчивость инфицирующего бактериального вида, изучая его изолированно от других видов.
«Взаимодействия с P. aeruginosa могут полностью изменить восприимчивость S. aureus к стандартным антибиотикам», — сказал старший автор исследования Брайан П. Конлон, PhD.
Устойчивость бактерий и других микробов к антибиотикам — это продолжающийся кризис общественного здравоохранения, который, по данным CDC, способствует примерно двум миллионам инфекций и 23 000 смертей в год в США. P. aeruginosa, например, является мультирезистентным патогеном, связанным с внутрибольничными инфекциями. Что касается S. aureus, некоторые штаммы не вызывают болезнь, другие вызывают классические «стафилококковые» инфекции, которые антибиотики убивают, а третьи являются антибиотикорезистентными.
Одной из подсказок в этой гонке, обнаруженной Конлоном и коллегами, является то, что S. aureus иногда переходит в медленно растущее, «низкоэнергетическое» состояние, которое делает его более трудным для уничтожения антибиотиками. Команда предположила, что это состояние может возникать из-за межвидовой конкуренции. Другими словами, ко-инфицирующий вид бактерий мог развить способность продуцировать факторы, ставящие микробных конкурентов в невыгодное положение.
«Мы знаем, что P. aeruginosa обычно ко-инфицирует с S. aureus и выделяет факторы, которые влияют на метаболизм S. aureus», — сказал Конлон. — «Поэтому наша гипотеза заключалась в том, что это взаимодействие может переводить S. aureus в более устойчивое к антибиотикам состояние».
Конлон и коллеги исследовали эту возможность. Они создали панель культур S. aureus, подвергли их воздействию молекул, секретируемых 14 различными штаммами P. aeruginosa, а затем протестировали восприимчивость каждой культуры к одному из трех антибиотиков: ванкомицину, тобрамицину и ципрофлоксацину.
Результаты были поразительными и имеют значение для клинической практики.
Факторы P. aeruginosa влияли на восприимчивость S. aureus ко всем трем антибиотикам, в некоторых случаях в огромной степени. Некоторые штаммы P. aeruginosa, как и ожидалось, значительно снижали восприимчивость S. aureus к тобрамицину и ципрофлоксацину. Однако, к удивлению, многие другие штаммы P. aeruginosa сильно повышали восприимчивость S. aureus к антибиотикам, использованным в экспериментах.
«Факторы, секретируемые восемью штаммами P. aeruginosa, например, вызывали в 100–1000 раз больше гибели S. aureus под действием ванкомицина по сравнению с контрольной культурой S. aureus, не подвергавшейся воздействию факторов P. aeruginosa», — сказал Конлон.
Исследователи идентифицировали три конкретных фактора P. aeruginosa, ответственных за эти эффекты:
- Фермент, расщепляющий белки, LasA, увеличивал способность ванкомицина убивать S. aureus.
- Набор связанных с жирами молекул, рамнолипиды, увеличивал поглощение S. aureus тобрамицина.
- Малая органическая молекула HQNO ингибировала метаболизм S. aureus, переводя его в низкоэнергетическое состояние, которое делало его более устойчивым к антибиотикам.
Конлон и коллеги заявили, что можно создать новые антибиотики, включающие повышающие восприимчивость факторы LasA и рамнолипиды, и/или блокирующие снижающий восприимчивость фактор HQNO, чтобы построить лучший арсенал против серьезных бактериальных инфекций.
Другой подход — разработать простые генетические тесты для бактерий, позволяющие врачам обнаруживать, когда ко-инфицирующая бактерия, вероятно, выделяет факторы, значительно влияющие на восприимчивость к антибиотикам.
Команда Конлона сейчас проводит секвенирование штаммов P. aeruginosa, чтобы увидеть, как различаются последовательности генов между штаммами и как эта вариативность влияет на способность этих штаммов продуцировать упомянутые выше факторы.