Бактерии не только вырабатывают устойчивость к антибиотикам, но и могут подцепить ее от своих соперников. В недавней публикации в Cell Reports исследователи из биоцентра Базельского университета продемонстрировали, что некоторые бактерии впрыскивают токсичный коктейль в своих конкурентов, вызывая лизис и гибель клеток. Затем, интегрируя высвободившийся генетический материал, который также может нести гены устойчивости к лекарствам, клетка-хищник может приобрести устойчивость к антибиотикам.
Частое, а иногда и неосторожное использование антибиотиков приводит к все более быстрому распространению резистентности. Больницы являются особенно горячей точкой для этого. Пациенты не только заносят широкий спектр возбудителей, которые уже могут быть устойчивыми, но и, благодаря использованию антибиотиков для борьбы с инфекциями, больницы могут быть местом, где может развиваться устойчивость к противомикробным препаратам и передаваться от возбудителя к возбудителю. Одним из таких типичных больничных микробов является бактерия Acinetobacter baumannii. Он также известен как «иракский жук», потому что бактерии этого вида с множественной лекарственной устойчивостью вызывали тяжелые раневые инфекции у американских солдат во время войны в Ираке.
Бактерии с множественной лекарственной устойчивостью благодаря обмену генами
Возникновение и распространение множественной лекарственной устойчивости можно объяснить, в том числе, особыми навыками некоторых бактерий: во-первых, они борются со своими конкурентами, вводя им коктейль токсичных белков, так называемых эффекторов, с помощью система секреции типа VI (T6SS), шприц с ядом. А во-вторых, они способны усваивать и повторно использовать высвобожденный генетический материал. В модельном организме Acinetobacter baylyi, близком родственнике иракского клопа, группа профессора Марека Баслера из Биоцентра Университета Базеля идентифицировала пять различных эффекторов. «Некоторые из этих токсичных белков очень эффективно уничтожают бактериальную конкуренцию, но не разрушают клетки», - объясняет Баслер. «Другие сильно повреждают клеточную оболочку, что приводит к лизису атакуемой бактерии и, следовательно, к высвобождению ее генетического материала».
Бактерии-хищники поглощают высвободившиеся фрагменты ДНК. Если эти фрагменты несут определенные гены лекарственной устойчивости, специфическая устойчивость может быть передана новому владельцу. В результате антибиотик перестает быть эффективным, и бактерия может размножаться практически без помех.
Возбудители с такими способностями являются серьезной проблемой в больницах, так как при контакте с другими устойчивыми бактериями они могут накапливать устойчивость ко многим антибиотикам - бактерии становятся полирезистентными. В худшем случае лечение антибиотиками перестает быть эффективным, поэтому внутрибольничные инфекции, вызываемые возбудителями с множественной лекарственной устойчивостью, становятся смертельной угрозой для пациентов.
Токсичные белки и антитоксины
«T6SS, а также набор различных эффекторов также могут быть обнаружены в других патогенах, таких как те, которые вызывают пневмонию или холеру», - говорит Баслер. Интересно, что не всех эффекторов достаточно, чтобы убить клетку-мишень, так как многие бактерии выработали или приобрели антитоксины - так называемые иммунные белки. «Мы также смогли идентифицировать соответствующие иммунные белки пяти токсических эффекторов в клетках-хищниках. Для бактерий абсолютно логично производить не только один токсин, но и коктейль из различных токсинов с разными эффектами», - говорит Баслер.. «Это увеличивает вероятность того, что соперники могут быть успешно устранены, а в некоторых случаях также подвергнуты лизису для высвобождения их ДНК».
Завоевание новых экологических ниш
Антибиотики и устойчивость к противомикробным препаратам существуют уже давно. Они развивались в результате сосуществования микроорганизмов и позволяли бактериям защищаться от врагов или устранять конкурентов. Это один из способов, которым бактерии могут завоевывать и колонизировать новые экологические ниши. Однако с использованием антибиотиков в медицине естественная способность вырабатывать резистентность стала проблемой. Это ставит перед исследователями задачу постоянной разработки новых антибиотиков и замедления распространения лекарственной устойчивости.