Если антибиотик не убивает все бактерии, которые заражают пациента, выжившие жуки могут быть особенно искусны в определении времени их возрождения.
Ученые-теоретики из Университета Райса предложили лучший способ понять, как назначать антибиотики, чтобы убить все бактерии до последней или, по крайней мере, предотвратить развитие резистентности к ним
Анатолий Коломейский, профессор химии, химической и биомолекулярной инженерии из Райса, считает устойчивость к антибиотикам «самой серьезной проблемой 21 века».
Новое исследование, проведенное Коломейским и научным сотрудником Хамидом Теймоури, показало, что колебания скорости роста бактерий могут увеличить время, необходимое для вымирания бактериальной колонии, и дать ей больше шансов на развитие устойчивости.
«Наши расчеты показывают, что эта флуктуация, которую легко могут совершать бактерии, может помочь им выждать время и попробовать разные мутации», - сказал Коломейский. «Мы думаем, что это возможный первый шаг к устойчивости к антибиотикам».
Их теория опубликована в журнале Королевского общества Interface.
Исследователи показывают, что нет корреляции между вероятностями исчезновения бактерий, широко используемыми для определения доз антибиотиков, и фактическим временем исчезновения.
«В мире огромное злоупотребление антибиотиками, и особенно в этой стране», - сказал Коломейский. «За последние пять лет количество назначений антибиотиков увеличилось на 4%. По сути, огромное количество антибиотиков дается людям, когда они не нужны».
Исследователи утверждали, что когда-нибудь можно будет назначить более точную дозу, зная размер заражающей колонии и среднее время, необходимое для ее полного уничтожения. Они представляют предварительную модель, из которой фармацевтические компании могут узнать, как разработать лучшие стратегии для улучшения лечения инфекций.
Динамика бактериальной популяции является ключом к исследованию, сказал Коломейский.
«Теперь, когда врачи рассчитывают, сколько антибиотиков вам следует назначить, они относятся ко всем одинаково», - сказал он. «Это уже огромная ошибка: они предполагают, что у вас в организме огромное количество бактерий, и используют очень простую детерминированную модель, чтобы прописать минимальную концентрацию антибиотика. Ниже этого порога говорят, что вас не вылечат, а выше - тебя всегда вылечат.
"Таким образом, каждый получает ровно одну таблетку в день, и не имеет значения, ребенок вы или взрослый", - сказал он.
Эта универсальная стратегия не учитывает колебания скорости роста бактерий, сказал Коломейский. Новая модель включает эти случайные колебания при усреднении количества времени, которое требуется населению, чтобы умереть.
"Проблема возникает, когда антибиотики работают, и вы попадаете туда, где почти нет бактерий", - сказал он. «Когда их почти нет или их число относительно невелико, становятся важными так называемые стохастические (случайные) эффекты. Мы знаем, что достаточно иметь всего 10 бактерий сальмонеллы или шигеллы, чтобы инфекция началась снова».
Коломейский сказал, что современные модели говорят врачам только о вероятности того, что курс антибиотиков вылечит пациента.
«Нас гораздо больше волнует среднее время выздоровления, а не вероятность», - сказал он. «Это даст врачам гораздо более четкое описание того, что следует делать».
Исследование имеет значение для сельского хозяйства, сказал Коломейский.
«Пища поставляет 75 процентов антибиотиков», - сказал он. «Мы также должны оптимизировать действия антибиотиков, чтобы снизить количество антибиотиков, попадающих к людям.
«Это очень далеко от реальных приложений, но это должно дать промышленности некоторое представление о том, что делать дальше и как совместить это с биохимическими исследованиями», - сказал Коломейский. «Недостаточно исследовать только биохимическую и генетическую части бактериальной инфекции. Знание аспектов динамики популяции действия антибиотика может прояснить многие вопросы».
The Welch Foundation, Национальный научный фонд и Центр теоретической биологической физики в Райсе поддержали исследование.