Использование «огня против огня» для борьбы с болезнями может усугубить ситуацию

Новое исследование показало, что перспективный метод борьбы с болезнями, включая рак, может дать обратный эффект, сделав патоген сильнее и опаснее.

Новаторское исследование выявило, что внедрение в популяцию болезнетворных микробов более «дружелюбных», менее агрессивных штаммов может привести к увеличению тяжести заболевания.

Неожиданные результаты, полученные учёными из Эксетерского университета, указывают на необходимость срочного изучения последствий стратегии «бороться огнём с огнём». Исследование показывает, что практика внедрения пацифистских микробов в хозяина может не ослабить болезнь, а, наоборот, усилить агрессивный патоген, что осложнит борьбу с заболеванием.

До сих пор внедрение менее опасных «кузенов» патогена в его популяцию демонстрировало снижение тяжести болезни и ущерба для заражённого хозяина. Этот подход рассматривался как эффективный способ лечения, например, в борьбе с внутрибольничными инфекциями Clostridium difficile, где были получены обнадёживающие результаты.

Однако учёные из Эксетерского университета протестировали эту стратегию на примере патогена растений и обнаружили, что терапия может пойти не по плану с катастрофическими последствиями для растения-хозяина.

Команда под руководством профессоров Иваны Гудель (математический биолог) и Ника Талбота (специалист по болезням растений) исследовала разрушительное заболевание — пирикуляриоз риса. В рис была внедрена смешанная популяция грибка-возбудителя, включавшая агрессивный штамм и пацифистский мутант. Ожидалось, что общая тяжесть болезни снизится из-за присутствия пацифистского штамма. Однако произошло обратное: растения риса пострадали от гораздо более тяжёлого заболевания.

Исследование, опубликованное в eLife, показывает, что терапия в некоторых обстоятельствах может иметь противоположный эффект, а поведение патогена может быть непредсказуемым, приводя к более тяжёлой болезни. Это подчёркивает необходимость тщательного тестирования подобных стратегий перед терапевтическим применением.

Учёные использовали теорию кооперации и математическое моделирование, чтобы выявить причину неожиданного результата. Они обнаружили, что в некоторых обстоятельствах пацифисты «помогали» агрессивным микробам более эффективно использовать ресурсы, полученные от хозяина.

Профессор Ивана Гудель заявила: «Наше исследование показывает, что перспективная стратегия управления болезнями может быть не всегда эффективной и действительно может иметь непредвиденные пагубные последствия. Важно, что наша работа также закладывает основу для анализа того, когда и почему это может происходить. Мы обнаружили, что механизмы, лежащие в основе наших неожиданных результатов при лечении пирикуляриоза, актуальны для многих заболеваний, вызываемых бактериальными и грибковыми патогенами».

Разработка новых способов лечения инфекционных заболеваний стала более актуальной в связи с развитием устойчивости к антибиотикам.

Одна из исследуемых стратегий для лечения инфекций, устойчивых к текущим лекарствам, включает нейтрализацию болезнетворного агента. Учёные извлекают агент из пациента, удаляют компоненты ДНК микроба, чтобы обезвредить его, выращивают новый безвредный агент в лаборатории и повторно вводят его в очаг заболевания. Ожидается, что он вытеснит более опасного «кузена», отнимая ресурсы, необходимые для размножения. Лабораторные тесты доказали эффективность этого подхода.

Однако учёные из Эксетерского университета, протестировав этот метод на инфекции пирикуляриоза риса, обнаружили более серьёзные симптомы болезни.

Профессор Ник Талбот отметил: «Стратегия внедрения менее агрессивных микробов для борьбы с более агрессивными может оказаться эффективной для контроля некоторых болезней сельскохозяйственных культур, но наше исследование показывает, что это не «серебряная пуля», и необходимо соблюдать осторожность. Нам нужно понять, как микробы взаимодействуют друг с другом в естественных условиях, прежде чем пытаться изменить их способность вызывать болезнь таким образом. Наше исследование также показывает, почему математикам и биологам нужно чаще работать вместе, потому что мы вообще не поняли бы этого явления без проведённого математического анализа».

Аспирант Ричард Линдси добавил: «Наши выводы имеют центральное значение для понимания эволюции микробных инфекций, но также имеют более широкое значение для лечения рака и терапевтического контроля заболеваний у людей, животных и растений».