Исследователи обнаружили, что подмножество бактериофагов, получивших название «суперраспространители», потенциально играет важную роль в передаче устойчивости к противомикробным препаратам. Исследование, описанное в исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале mBio, дает ответ на давний биологический вопрос и может помочь ученым лучше выбирать конкретные бактериофаги для терапевтического использования.
«Наша работа предполагает, что фаговые суперраспространители могут способствовать эволюции бактерий в естественной среде, но не подходят для использования в медицине», - сказал ведущий автор исследования Эрик Кин, аспирант Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи, штат Миссури, который руководил проектом в Университете Майами в Корал-Гейблс, Флорида, и в Национальном институте рака (NCI) в Бетесде, штат Мэриленд. «Мы считаем, что наши результаты должны быть известны клиницистам и исследователям, потому что разные фаги, по-видимому, распространяют гены устойчивости к антибиотикам с разной скоростью. Очевидно, что мы не хотим разрабатывать методы лечения с использованием фагов, которые эффективно распространяют гены устойчивости к антибиотикам. бактериальное сообщество."
Бактериофаги, вирусы, поражающие бактерии, являются самыми многочисленными микроорганизмами на планете. Они убивают огромное количество бактерий в естественной среде, а в некоторых странах, таких как Грузия и Польша, бактериофаги используются для лечения бактериальных инфекций. С ростом устойчивости к противомикробным препаратам в США и Европе возобновился интерес к терапии бактериофагами.
Хотя ученым известно, что многие бактерии несут плазмиды, внехромосомные элементы ДНК, которые часто кодируют устойчивость к антибиотикам, никто ранее не изучал, что происходит с этими плазмидами, когда вторгшийся бактериофаг разрушает бактериальную клетку.«Неизвестно, разрушаются ли плазмиды во время заражения фагом или высвобождаются нетронутыми при лизисе фага, после чего их закодированная устойчивость может быть приобретена другими бактериями», - сказал г-н Кин.
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, исследователи из Университета Майами и NCI собрали библиотеку экологических изолятов фагов из образцов окружающей среды, включая образцы почвы из Мэриленда и воды из каналов во Флориде. Они заразили штаммы Escherichia coli, устойчивые к антибиотику ампициллину, 20 различными изолятами фагов, а затем измерили количество плазмидной ДНК, высвобождаемой нетронутой при лизисе фага.
Исследователи обнаружили, что два из 20 бактериофагов способствовали переносу плазмид в 50 раз больше, чем другие 18 фагов, и что эти два фага были способны эффективно высвобождать несколько разных плазмид, каждая из которых обладала различной устойчивостью к антибиотикам. ген. Исследователи назвали эти два бактериофага SUSP1 и SUSP2, сокращенно от superspreader.«Мы придумали это название, потому что думали, что то, что мы видим, напоминает явление в эпидемиологии, при котором у вас есть чрезмерная передача относительно небольшого процента населения в целом», - сказал г-н Кин.
Дополнительные эксперименты показали, что SUSP2 способствует передаче устойчивости к антибиотикам сообществам почвенных бактерий из Мэриленда и Вайоминга. Добавление SUSP2 к совместным культурам канамицин-резистентных E. coli и канамицин-чувствительных бактерий Bacillus привело примерно в 1000 раз к большему количеству канамицин-резистентных бактерий Bacillus, чем в контроле, не содержащем фагов, что позволяет предположить, что этот фаг может быть способен переносить антибиотик. гены устойчивости к бактериям помимо E. coli и в более естественных условиях.
Исследователи охарактеризовали биологию двух фагов с помощью электронной микроскопии и секвенирования генома. «Основываясь на нашей работе с рядом различных мутантов хорошо охарактеризованных фагов, мы выдвигаем гипотезу, что причина, по которой эти два фага являются особенными, заключается в том, что у них отсутствуют гидролитические эндонуклеазы, которые другие фаги используют для очень эффективного измельчения ДНК во время инфекции», - сказал г-н. Увлеченный. «Мы думаем, что суперраспространителям не хватает этих ферментов, и в результате ДНК переживает их инфекцию практически неповрежденной».
Он сказал, что исследователи должны держаться подальше от «суперраспространителей» при разработке методов лечения бактериофагами, отметив, что большинство протестированных фагов были гораздо менее эффективны в продвижении передачи устойчивости к антибиотикам. Направления будущих исследований включают более полную оценку конкретных механизмов, лежащих в основе суперраспространителей, и оценку распространенности этого явления в естественных условиях, в том числе в организме человека.