Чтобы выиграть войну с устойчивыми к антибиотикам супербактериями, ученые стремятся найти происхождение генов устойчивости. Далее они пытаются выявить, каким образом гены внедряются в болезнетворные бактерии - так называемые патогены. Определить, откуда берутся гены резистентности и как они распространяются, можно сравнить с поиском нулевого пациента во время вспышки, что является непростой задачей.
В течение более 30 лет ученые предполагали, что гены резистентности на самом деле происходят от микроорганизмов, продуцирующих антибиотик. Но даже несмотря на то, что это была гипотеза, ученые не смогли найти прямых доказательств этого переноса.
Теперь исследование, проведенное в Центре биоустойчивости Фонда Ново Нордиск (DTU Biosustain) в Техническом университете Дании, впервые показывает, что гены устойчивости к антибиотикам происходят из того же места, что и соединения антибиотиков, то есть из группы почвенных бактерий под названием Actinobacteria.
Исследование опубликовано в Nature Communications.
Более трех четвертей всех современных антибиотиков, используемых для лечения инфекций человека, производятся актинобактериями, которые в то же время несут гены устойчивости к антибиотикам.
В этих экспериментах исследователи неожиданно обнаружили, что многие гены устойчивости у болезнетворных микробов (грамотрицательных патогенов) очень похожи на гены устойчивости, обнаруженные у актинобактерий. Особенно в одном случае гены были на 100% идентичны.
«В течение полувека предполагалось, что патогены могут получать гены устойчивости от актинобактерий. Так что теперь, когда 100% идентичные гены являются неопровержимым доказательством», - говорит постдок Синлинь Цзян из DTU Biosustain.
Грамотрицательные патогены составляют большую группу различных видов; среди прочих псевдомонад, которые могут вызывать инфекции легких и мочевыводящих путей.
Поначалу было сложно представить, как патогены могут приобретать гены от актинобактерий, ведь они такие разные и совсем не связаны друг с другом. Но, исследуя последовательность ДНК вокруг генов резистентности, команда выяснила, как перенос генов резистентности происходил через новый механизм, названный «перенос», когда патоген в основном имеет примитивную форму «пола» с актинобактериями и принимает ее. гены устойчивости после его смерти.
Такой перенос генов путем обратного переноса в принципе может происходить там, где патогены вступают в контакт с актинобактериями, например, на животноводческих фермах или в почве, загрязненной необработанными больничными отходами. Таким образом, возбудитель может стать устойчивым и угрожать жизни людей при следующем витке заражения.
Понимание происхождения является ключом к противодействию распространению устойчивости к антибиотикам, объясняет старший научный сотрудник DTU Biosustain Тилманн Вебер:
Мы не можем остановить этот перенос генов, но когда вы знаете, какие гены резистентности могут быть у патогенов, вы можете персонализировать лечение антибиотиками. Кроме того, с этими знаниями вы можете попытаться разработать новые антибиотики с другими свойствами, которые у патогенов нет защиты против».
Бактериальный половой акт раскрывает механизм:
Следя за переносом ДНК, ученые впервые продемонстрировали неизвестный механизм, называемый возвратным переносом, в котором патогены могли выхватывать гены из далеко родственных бактерий с помощью механизма переноса. Вот как, вкратце, работает процесс переноса:
1. Грамотрицательный патоген вводит свою ДНК в актинобактерии. Грамотрицательные бактерии естественным образом обладают способностью, называемой конъюгацией, с помощью которой бактериальные клетки могут вводить свою собственную ДНК в другие бактериальные клетки. Его называют бактериальным эквивалентом секса, потому что он обычно используется для обмена информацией о генах между грамотрицательными бактериями. Но иногда грамотрицательные бактерии также могут использовать этот механизм для введения ДНК в близкородственные грамположительные бактерии, такие как актинобактерии.
2. Внутри актинобактерий введенная ДНК рекомбинирует с ДНК хозяина, содержащей гены устойчивости. После гибели Actinobacterium рекомбинантная ДНК высвобождается в окружающую среду.
3. Наконец, инъецированная ДНК может действовать как «склеивающая ДНК» и опосредовать поглощение гена резистентности патогенами посредством явления, называемого естественной трансформацией..