Устойчивость к антибиотикам насчитывает миллионы лет и дает важные уроки для современной медицины

Сегодня устойчивость бактерий к антибиотикам стала глобальной угрозой. Однако это явление древнее, чем считалось: бактерии обладали механизмами устойчивости задолго до открытия и внедрения антибиотиков в клиническую практику. Это указывает на то, что антибиотикорезистентность — гораздо более сложное, широко распространенное и глубоко укорененное эволюционное явление.

Доказательства древней устойчивости

Исследования задокументировали механизмы устойчивости у микроорганизмов, изолированных из природных сред с минимальным или нулевым влиянием человека:

• В образцах вечной мерзлоты возрастом 30 000 лет обнаружены гены устойчивости, поразительно похожие на современные. Эти штаммы были устойчивы к β-лактамным антибиотикам, тетрациклинам и ванкомицину.
• Штаммы Staphylococcus, устойчивые к аминогликозидам и β-лактамам, были выделены из образцов вечной мерзлоты возрастом 3,5 миллиона лет.
• В пещере Лечугилья (Нью-Мексико, США), изолированной 4 миллиона лет, обнаружены бактерии Streptomyces и Paenibacillus, устойчивые к большинству антибиотиков, используемых сегодня в клинике.
• Исследование 2022 года показало, что некоторые штаммы MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) были устойчивы задолго до применения этой группы антибиотиков — их адаптация к ежам, инфицированным грибами, продуцирующими аналогичные антибиотики, дала им преимущество для выживания.

Эволюционная "гонка вооружений"

В средах, существовавших до эры лекарств, естественные антибиотики играли экологическую роль, ингибируя рост конкурентов и поддерживая выживание видов-продуцентов. Кроме того, очень малые количества антибиотиков действовали как молекулы связи, влияя на взаимодействия и баланс микробных сообществ.

Эта динамичная среда благоприятствовала эволюции защитных стратегий у микроорганизмов, подвергавшихся воздействию антибиотиков, что, в свою очередь, способствовало диверсификации и распространению механизмов устойчивости с течением времени.

Взгляд в прошлое для прогнозирования будущего

Сейчас предполагается, что гены устойчивости к антибиотикам могли сначала передаваться от микроорганизмов окружающей среды к комменсальным организмам человека, а затем — к патогенам. Этот процесс передачи случаен: чем более распространен механизм устойчивости в окружающей среде, тем выше вероятность его передачи.

Резервуары устойчивости в окружающей среде могут ускорять эволюцию бактерий в сторону множественной лекарственной устойчивости под давлением антибиотиков. Поэтому крайне важно учитывать огромное разнообразие этих генов устойчивости при разработке новых стратегий борьбы с антибиотикорезистентностью.

Изучение древней устойчивости не только дает информацию об эволюционной истории генов устойчивости, но и может помочь предсказать, как они будут эволюционировать в будущем. Это знание позволяет предвидеть потенциальные механизмы устойчивости и улучшает наши возможности для решения будущих проблем в борьбе с антибиотикорезистентностью.