Новое компьютерное моделирование предполагает, что воздействие антибиотиков на бактериальное сообщество зависит от того, имеют ли соседние виды конкурентные или кооперативные отношения, а также от их пространственного расположения. Сильви Эстрела из Йельского университета и Сэм Браун из Технологического института Джорджии представляют эти результаты в PLOS Computational Biology.
Бактерии, живущие в непосредственной близости, могут иметь конкурентные взаимодействия, такие как борьба за ограниченные ресурсы, или кооперативные (мутуалистические) взаимодействия, например, когда один вид производит продукт, который служит пищей для другого. Предыдущие исследования изучали, как конкуренция влияет на реакцию бактериального сообщества на антибиотики, но меньше известно о потенциальной роли мутуалистических отношений.
Чтобы ответить на этот вопрос, Эстрела и Браун использовали вычислительный подход. Они модифицировали существующую модель роста бактерий, чтобы ее можно было использовать для прогнозирования того, как конкурентные или мутуалистические взаимодействия между устойчивыми к антибиотикам и чувствительными к антибиотикам видами могут повлиять на реакцию сообщества, состоящего из двух видов, на лечение антибиотиками.
Моделирование показало, что между двумя конкурирующими видами лечение антибиотиками подавляло чувствительные виды, способствуя росту устойчивых видов. Однако в контексте мутуалистических отношений воздействие антибиотиками на чувствительные виды также подавляло устойчивые виды из-за их взаимозависимости.
Исследователи также обнаружили, что пространственное расположение отдельных бактериальных клеток влияет на их реакцию на антибиотики. Некоторые устойчивые виды применяют стратегии детоксикации против антибиотиков, что может привести к перекрестной защите близлежащих чувствительных клеток. Моделирование показало, что такая перекрестная защита более эффективна среди мутуалистической пары чувствительных и устойчивых видов, потому что мутуалистические виды склонны смешиваться по мере своего роста, в то время как конкурирующие или невзаимодействующие виды склонны к сегрегации..
«Слишком мало известно об экологии микробных инфекций, особенно о том, что делают патогены и как они взаимодействуют с микробами-резидентами своего хозяина», - говорит Эстрела. «Мы надеемся, что наши результаты помогут привлечь внимание к тому факту, что экологический и пространственный контекст сообщества, в котором применяются антибиотики, имеет значение для успеха лечения».
Затем исследователи проверят свои смоделированные прогнозы в лаборатории и используют результаты для уточнения модели, чтобы они могли проверять новые идеи и генерировать новые гипотезы.