Как сальмонеллы сосуществуют в кишечнике и обмениваются устойчивостью к антибиотикам
Способность использовать всего один альтернативный источник пищи — это всё, что нужно бактериям сальмонеллы, вызывающим диарею, чтобы размножиться в кишечнике, уже заселенном близкородственным штаммом. Это сосуществование позволяет им обмениваться генами устойчивости к антибиотикам.
Ключевым фактором роста устойчивости бактерий к антибиотикам является обмен генами устойчивости между близкородственными штаммами. Кишечник, по-видимому, предоставляет идеальную среду для такого обмена, хотя причины этого оставались неясными.
Согласно классической теории и принципу нишевого исключения, близкородственным бактериям одного вида сложно сосуществовать в кишечнике, так как они конкурируют за одни и те же пищевые молекулы. Однако недавние наблюдения показывают, что несколько представителей семейства Enterobacteriaceae могут сосуществовать в кишечнике.
Стратегия колонизации патогенных бактерий
Чтобы разгадать эту загадку, исследователи изучили динамику сосуществования бактерий в кишечнике, сосредоточившись на поведении патогенных сальмонелл (Salmonella) и близкородственных безвредных штаммов E. coli.
Они обнаружили, что по отдельности эти бактерии используют различные пищевые ресурсы. Однако они могут расти и сосуществовать с другой популяцией сальмонелл или E. coli только в том случае, если одна популяция использует тип пищевой молекулы, недоступный для другой (например, галактитол или арабинозу).
Эта метаболическая стратегия позволяет бактериям избегать конкуренции и размножаться в уже занятом кишечнике, что, в свою очередь, делает возможным обмен критически важной информацией, включая механизмы устойчивости к антибиотикам.
Роль диеты
Результаты подчеркивают глубокое влияние компонентов диеты. Только при наличии нужных пищевых молекул патогенные бактерии могут совместно инфицировать кишечник и обмениваться устойчивостью к антибиотикам.
Эксперименты на мышах показали, что добавление определенного источника питательных веществ усиливало сосуществование двух популяций сальмонелл и приводило к увеличению числа антибиотикорезистентных бактерий.
Таким образом, наша диета может непреднамеренно способствовать распространению генов устойчивости к антибиотикам, предоставляя источники питательных веществ, которые избирательно поддерживают рост определенных бактериальных популяций.
Новые подходы против вредных бактерий
Полученные данные также имеют значение для полезных бактерий нашего кишечника, поскольку они могут использовать ту же стратегию колонизации. Небольшие различия в метаболических возможностях на уровне видов могут способствовать замене существующих штаммов микробиоты новыми.
Эти открытия открывают возможности для разработки стратегий борьбы с распространением антибиотикорезистентности и поддержания здоровой микробиоты кишечника. Терапии на основе микробиоты могут быть более эффективными, если сосредоточиться на этих альтернативных метаболических путях.
В будущем, анализируя бактериальные геномы, можно будет систематически прогнозировать, могут ли два штамма сосуществовать и обмениваться ДНК, и какие продукты питания могут этому способствовать.