Плазмиды и распространение генов устойчивости к антибиотикам

Эффективность антибиотиков постоянно снижается из-за способности бактерий передавать устойчивость другим бактериям посредством горизонтального переноса генов.

Основными переносчиками генов являются плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК. Они могут передаваться при прямом контакте бактерий в процессе конъюгации.

Вспомогательные плазмиды облегчают конъюгацию

Исследование, опубликованное в Journal of Bacteriology, показало, что штамм Salmonella enterica серовар Typhimurium SL1344 делится плазмидами с другими бактериями с помощью другой плазмиды-«помощника».

Учёные из ETH Zurich исследовали плазмиду P3, несущую гены устойчивости к стрептомицину и сульфонамидам. Для конъюгации ей требуется вспомогательная плазмида P2. P3 близко напоминает плазмиду pRSF1010 с широким кругом хозяев, что позволяет предположить её способность распространяться среди разных видов бактерий в кишечнике.

Гипотезу проверили на мышах, которых заражали сначала бактериями-реципиентами (представителями кишечной флоры), а затем S. Typhimurium. Анализ фекалий в течение трёх дней показал передачу P3 (опосредованную P2) между S. Typhimurium и четырьмя реципиентами из класса Gammaproteobacteria.

Ключевой неожиданный результат: передача плазмиды происходила и без давления антибиотиков. «Для меня самым поразительным было то, что… плазмида была захвачена другими бактериями даже без селективного давления [антибиотиков]», — объясняет первый автор исследования Марла Гайсмайер.

Парадокс плазмиды

Остаётся неясным, почему передача происходит, даже если плазмида не приносит прямой пользы бактерии («парадокс плазмиды»). Возможные объяснения:

• Плазмида может нести неизвестные преимущества для выживания помимо устойчивости.
• Она может действовать как «эгоистичная ДНК», заботясь только о собственном сохранении и репликации.

Также было обнаружено, что конъюгативный перенос плазмид может стимулироваться некоторыми неантибиотиковыми препаратами (например, ибупрофеном и пропранололом), вероятно, за счёт увеличения выработки активных форм кислорода (ROS) бактериями.

Управление кризисом устойчивости к антимикробным препаратам (AMR)

Распространение плазмид, подобных P3, даже без давления антибиотиков вызывает опасения. Это означает, что сокращения использования антибиотиков может быть недостаточно для сдерживания роста устойчивости. «Это значит, что устойчивость к антибиотикам может распространяться, даже когда антибиотики не задействованы», — пояснила Гайсмайер.

Изучение механизмов и динамики передачи плазмид имеет жизненно важное значение для разработки решений против мультирезистентных патогенов, оценки рисков и поиска способов остановить конъюгацию и распространение устойчивости.