Подрыв плазмид для борьбы с устойчивостью к антибиотикам

Исследователи из Института Блаватника при Гарвардской медицинской школе открыли новое окно в понимание развития устойчивости бактерий к антибиотикам.

Работа не только раскрывает принципы эволюционной биологии, но и предлагает новую стратегию для борьбы с кризисом антибиотикорезистентности, который ежегодно уносит жизни около 1,3 миллиона человек во всем мире.

Результаты опубликованы в журнале Science.

Члены лабораторий Майкла Бейма, адъюнкт-профессора биомедицинской информатики, и Йохана Паулссона, профессора системной биологии, разработали способ отслеживать эволюцию и распространение устойчивости к антибиотикам у отдельных бактерий, измеряя конкуренцию между плазмидами.

Плазмиды — это самовоспроизводящиеся генетические элементы, существующие отдельно от собственных хромосом бактерии. Плазмиды эволюционируют независимо, но также способствуют эволюции бактерий, включая развитие устойчивости к противомикробным соединениям. Фактически, это основной способ, с помощью которого резистентность может переходить от одного типа бактерий к другому.

Ученые подозревали, что конкуренция между плазмидами внутри бактериальных клеток является ключом к движению эволюции плазмид, но до сих пор не находили способа ее изучить. Первый автор Фернандо Россине, научный сотрудник по биомедицинской информатике в лаборатории Бейма, и коллеги сделали это, решив две задачи.

Во-первых, они создали стартовые условия, при которых каждая бактериальная клетка содержала равные пропорции двух плазмид, конкурирующих друг с другом. Во-вторых, они использовали микрофлюидные устройства для изоляции отдельных клеток и лучшего различения эффектов внутриклеточной конкуренции плазмид.

Эта система позволила команде обнаружить фундаментальные свойства и ограничения приспособленности и эволюции плазмид и бактерий. Эти ограничения могут лечь в основу новых стратегий, препятствующих эволюции плазмид и, следовательно, их способности научиться противостоять антибиотикам, — что потенциально может привести к методам лечения опасных для жизни бактериальных инфекций.

«Исследование предоставляет нам новые инструменты для борьбы с устойчивостью к антибиотикам и ее предотвращения, вооружая нас внутриклеточной конкуренцией самих мобильных генетических элементов», — сказал Россине.

С более философской точки зрения, добавил он, исследование проливает свет на то, как эволюция действует на множественных, иногда конфликтующих уровнях, «что является фундаментальным для нашего понимания сложной жизни».