Бактерии сохраняют устойчивость к антибиотикам, пользуясь коллективностью

Изображение: (сс) Elena Mozhvilo
Сообщество бактерий
Сообщество бактерий
Сообщество бактерий

Преобладающее предположение о том, что резистентные бактерии теряют способность к сопротивлению, когда антибиотики отсутствуют, оказалось сильно неточным, показали исследователи из Копенгагенского университета, 20 декабря пишет издание Science Daily.

Устойчивость к антибиотикам — это гонка между нами, людьми, создающими новые антибиотики, способные лечить инфекционные заболевания, и бактериями, которые становятся все более устойчивыми. На данный момент бактерии далеко впереди, поэтому для нас важно больше узнать об устойчивости к антибиотикам. Датская исследовательская группа обнаружила новую часть головоломки, которая помогает нам лучше понять «врага».

«Одна из широко распространенных стратегий борьбы с устойчивостью к антибиотикам заключалась в том, чтобы использовать антибиотики в течение определенного периода времени, а затем сделать перерыв. Считается, что устойчивые бактерии потеряют свои гены устойчивости или будут вытеснены из конкуренции во время перерыва, после чего антибиотики снова будут работать. Но этот подход, похоже, не работает», — говорит один из старших авторов исследования, доцент Метте Бурмёлле с кафедры биологии.

«Наше исследование демонстрирует, что гены устойчивости могут скрываться в неактивных бактериях, где они образуют скрытый резерв устойчивости, на который бактерии могут полагаться. Другими словами, они не исчезают просто так, когда антибиотиков нет», — поясняет соавтор статьи Генриетта Люнг Рёдер.

Большинство бактерий живут и взаимодействуют в так называемых биопленках, где микробные сообщества заключены в матрицу слизи, которую они образуют, часто на поверхности материала. Биопленки встречаются повсюду, от камней и растений, до налета на зубах и имплантатов. Биопленки содержат как активные, так и неактивные бактерии. Слизь и гибернация неактивных бактерий делают биопленки крепостью, способной противостоять большому количеству антибиотиков. Но новое исследование показывает, что биопленки наделяют бактерии еще одной сильной стороной.

«Мы видим, что активные бактерии, живущие ближе всего к внешнему краю биопленки, теряют гены устойчивости, когда антибиотики отсутствуют. Однако глубже внутри биопленки находится слой неактивных бактерий, которые безопасно впадают в спячку. Они могут сохранять гены устойчивости даже если они им не нужны. Это важно, потому что это означает, что биопленки могут выступать в качестве резерва для хранения многих типов генов устойчивости», — объясняет Урвиш Триведи, соавтор исследования.

Гены устойчивости обычно распространяются небольшими молекулами ДНК, передающиеся между бактериями, которые они используют в качестве хозяев. До сих пор считалось, что бактерии сохраняют плазмиды только до тех пор, пока они могут извлекать из них пользу, например, за счет генов устойчивости, которые несут плазмиды, или же теряют их. Действительно, плазмиды — это не бесплатный обед. Они отбирают энергию у бактерии и заставляют ее расти медленнее. А поскольку активные бактерии постоянно конкурируют друг с другом, оставалось загадкой, почему многие бактерии переносят плазмиды, не приносящие им особой пользы, — так называемый отбор.

«В отличие от активных бактерий в биопленке, неактивные бактерии не растут. Как таковые, они не конкурируют. Это дает им свободу для переноса плазмид. Очевидно, что способность бактерий сохранять устойчивость до „плохих времен“ — огромное преимущество — в этом случае, когда бактерия встречает антибиотик», — объясняет Метте Бурмёлле.

По оценкам исследователей, запасы резистентности в биопленках в основном создаются бактериями окружающей среды, которые обнаруживаются, среди прочего, в почве, воздухе и сточных водах. Однако хорошо известно, что разные виды бактерий могут передавать друг другу устойчивость. Например, устойчивость бактерий в окружающей среде может передаваться типам бактерий, вызывающих заболевание.

«Огромное количество бактерий с генами устойчивости к антибиотикам, полученными от человека и домашнего скота, попадают в сточные воды и могут распространяться по этому пути в окружающую среду. Одна из проблем заключается в том, что такие бактерии могут в конечном итоге превратить бактерии среды обитания в патогены — бактерии, вызывающие заболевания.

«Таким образом, все взаимосвязано», — говорит Йонас Стенлокке Мадсен, другой старший автор исследования.

В целом, новые данные сообщают нам, что устойчивые бактерии выживают даже лучше, чем мы думали.

«В более широком плане это означает, что если в окружающей среде много неактивных бактерий, например в почве, то устойчивые гены не исчезают постепенно, когда антибиотики отсутствуют. Поэтому нам следует подумать о том, чтобы отказаться от идеи, что мы можем избавиться от генов устойчивости и вместо этого предположить, что они всегда присутствуют. Понимание этой динамики может лучше подготовить нас к борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями», — заключил Мэдсен.