Глобальное распространение устойчивости к антибиотикам является серьезной проблемой общественного здравоохранения и приоритетом для международных исследований в области микробиологии. В своей статье, которая будет опубликована в журнале Science, Кристиан Лестерлин, исследователь Inserm из Лионской лаборатории «Молекулярная микробиология и структурная биохимия» (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), и его команда смогли заснять процесс приобретения устойчивости к антибиотикам в в режиме реального времени, обнаруживая ключевого, но неожиданного игрока в его поддержании и распространении в бактериальных популяциях.
Это распространение устойчивости к антибиотикам по большей части связано со способностью бактерий обмениваться генетическим материалом посредством процесса, известного как бактериальная конъюгация. Систематическое секвенирование патогенных или экологических штаммов выявило широкий спектр генетических элементов, которые могут передаваться путем конъюгации и обладают устойчивостью к большинству, если не ко всем, классам антибиотиков, используемых в настоящее время в клинических условиях. Однако процесс передачи генетического материала от одной бактерии к другой in vivo, время, необходимое для приобретения этой устойчивости после получения нового генетического материала, и влияние молекул антибиотиков на эту устойчивость оставались невыясненными..
Визуализация в реальном времени
Исследователи решили изучить приобретение кишечной палочкой устойчивости к тетрациклину, обычно используемому антибиотику, помещая бактерию, чувствительную к тетрациклину, в присутствии бактерии, которая устойчива. Предыдущие исследования показали, что такая резистентность включает в себя способность бактерии вытеснять антибиотик до того, как он сможет оказать свое разрушительное действие, используя «эффлюксные насосы», обнаруженные на ее мембране. Эти специфические эффлюксные насосы способны выбрасывать противомикробные молекулы из бактерий, тем самым придавая им определенный уровень устойчивости.
В этом эксперименте с использованием флуоресцентной маркировки наблюдалась передача ДНК от одного конкретного "эффлюксного насоса" - насоса TetA - между устойчивой бактерией и чувствительной бактерией. Благодаря микроскопии живых клеток исследователям достаточно было отслеживать развитие флуоресценции, чтобы увидеть, как ДНК «насоса» мигрировала от одной бактерии к другой и как она экспрессировалась в реципиентной бактерии.
Исследователи обнаружили, что всего за 1-2 часа фрагмент одноцепочечной ДНК откачивающего насоса трансформировался в двухцепочечную ДНК, а затем транслировался в функциональный белок, тем самым придавая бактериям-реципиентам устойчивость к тетрациклину.
В их видео (см. ссылку ниже) перенос ДНК от бактерий-доноров (зеленые) к бактериям-реципиентам (красные) выявляется появлением очагов локализации красного цвета. О быстрой экспрессии вновь приобретенных генов свидетельствует появление зеленой флуоресценции в бактериях-реципиентах.
Как организована резистентность в присутствии антибиотика?
Способ действия тетрациклина хорошо известен ученым: он убивает бактерии, связываясь с их механизмом трансляции, тем самым блокируя любую возможность производства белков. Следуя этой линии рассуждений, можно было бы ожидать, что при добавлении антибиотика в предыдущую культуральную среду насос оттока TetA не будет производиться, и бактерии погибнут. Однако исследователи заметили, что, как это ни парадоксально, бактерии смогли выжить и эффективно выработать устойчивость, что указывает на влияние другого фактора, необходимого для процесса приобретения устойчивости.
Ученые обнаружили, что это явление можно объяснить существованием другого эффлюксного насоса, который присутствует практически у всех бактерий: AcrAB-TolC. Хотя этот универсальный насос менее эффективен, чем TetA, он все же способен выводить небольшое количество антибиотика из клетки, а это означает, что бактерии могут поддерживать минимальную активность синтеза белка. Следовательно, если бактерии посчастливилось получить ген устойчивости путем конъюгации, то вырабатывается TetA-помпа, и бактерия становится устойчивой на длительный срок.
Это исследование открывает новые возможности для поиска подобных механизмов у бактерий, отличных от кишечной палочки, и для разных антибиотиков. «Мы могли бы даже рассмотреть терапию, сочетающую антибиотик и молекулу, способную ингибировать этот универсальный насос. Пока еще слишком рано предполагать терапевтическое применение такого ингибитора, в настоящее время проводятся многочисленные исследования в этой области, учитывая возможность снижения антибиотикорезистентность и предотвращение ее распространения среди различных видов бактерий.- заключает Лестерлин.