Ведущие стационарные «супербактерии», известные как энтерококки, произошли от предка, возраст которого составляет 450 миллионов лет - примерно в то время, когда животные впервые выползли на сушу (и задолго до эпохи динозавров). новое исследование, проведенное исследователями из Массачусетского института глаз и ушей, Гарвардской программы по устойчивости к антибиотикам и Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда. Опубликованное сегодня в сети издание Cell авторы исследования проливают свет на эволюционную историю этих патогенов, которые приобрели почти неразрушимые свойства и стали основными причинами современных устойчивых к антибиотикам инфекций в больницах.
Устойчивость к антибиотикам в настоящее время является ведущей проблемой общественного здравоохранения во всем мире. Некоторые микробы, часто называемые «супербактериями», устойчивы практически ко всем антибиотикам. Это вызывает особую озабоченность в больницах, где около 5 процентов госпитализированных пациентов будут бороться с инфекциями, возникающими во время их пребывания. Поскольку исследователи во всем мире срочно ищут решения этой проблемы, понимание происхождения и эволюции устойчивости к антибиотикам поможет в их поиске.
"Анализируя геномы и поведение сегодняшних энтерококков, мы смогли повернуть время вспять к их самому раннему существованию и собрать воедино картину того, как эти организмы сформировались в то, чем они являются сегодня", - сказал соавтор. Эшли М. Эрл, доктор философии, руководитель группы бактериальной геномики в Институте Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда. «Понимание того, как среда, в которой живут микробы, приводит к новым свойствам, может помочь нам предсказать, как микробы будут адаптироваться к использованию антибиотиков, противомикробного мыла для рук, дезинфицирующих средств и других продуктов, предназначенных для контроля их распространения».
Картина, которую собрали исследователи, начинается с рассвета жизни. Бактерии возникли почти 4 миллиарда лет назад, и с тех пор планета кишит ими, включая моря. Животные впервые появились в море во время Кембрийского взрыва, 542 миллиона лет назад. Когда животные появились в море бактерий, бактерии научились жить в них и на них. Некоторые бактерии защищают и служат животным, как сегодня это делают здоровые микробы в нашем кишечнике; другие живут в окружающей среде, а третьи вызывают болезни. Когда животные выползли на сушу около 100 миллионов лет спустя, они взяли с собой свои микробы.
Авторы исследования Cell обнаружили, что все виды энтерококков, в том числе никогда не обнаруживавшиеся в больницах, обладают естественной устойчивостью к сухости, голоданию, дезинфицирующим средствам и многим антибиотикам. Поскольку энтерококки обычно живут в кишечнике большинства (если не всех) наземных животных, казалось вероятным, что они также были в кишечнике наземных животных, которые в настоящее время вымерли, включая динозавров и первых многоножек, выползших на сушу. Сравнение геномов этих бактерий показало, что это действительно так. На самом деле исследовательская группа обнаружила, что новые виды энтерококков появлялись всякий раз, когда появлялись новые виды животных. Это включает в себя случаи, когда новые виды животных возникали сразу после того, как они впервые выползли на сушу, и когда новые виды животных возникали сразу после массовых вымираний, особенно самого крупного массового вымирания, конечного пермского вымирания (251 миллион лет назад)..
От морских животных, таких как рыба, кишечные микробы выделяются в океан, который обычно содержит около 5000 в основном безвредных бактерий на каплю воды. Они опускаются на морское дно в богатые микробами отложения и поедаются червями, моллюсками и другими морскими падальщиками. Затем их поедает рыба, а микробы продолжают циркулировать по пищевой цепочке. Однако на суше кишечные микробы выделяются в виде фекалий, где они часто высыхают и большинство из них со временем погибает.
Но не энтерококки. Эти микробы необычайно выносливы и могут выдерживать высыхание и голодание, что хорошо служит им на суше и в больницах, где дезинфицирующие средства затрудняют микробам.
«Теперь мы знаем, какие гены были приобретены энтерококками сотни миллионов лет назад, когда они стали устойчивыми к высыханию, а также к дезинфицирующим средствам и антибиотикам, которые атакуют их клеточные стенки», - сказал руководитель исследования Майкл С. Гилмор. Доктор философии, старший научный сотрудник Mass. Eye and Ear и директор Гарвардского института инфекционных заболеваний.
«Теперь это цель нашего исследования по разработке новых типов антибиотиков и дезинфицирующих средств, которые специально уничтожают энтерококки, чтобы устранить их как угрозу для госпитализированных пациентов», - добавил Франсуа Лебретон, доктор философии. Д., первый автор исследования и руководитель проекта группы Гилмора.
В дополнение к Drs. Эрл, Гилмор и Лебретон, авторы статьи Cell, включают Эбигейл Л. Мэнсон, доктора философии, и Тимоти Дж. Штрауба из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, а также Хосе Т. Сааведру из Массачусетского технологического института.
Это исследование было поддержано грантами AI072360, AI083214, HHSN272200900018C и U19AI110818 Министерства здравоохранения и социальных служб/Национальных институтов здравоохранения/Национального института аллергии и инфекционных заболеваний.