Исследователи обнаружили, что сокращения использования антибиотиков недостаточно, чтобы обратить вспять растущую распространенность устойчивости к антибиотикам для некоторых типов бактерий.
Помимо передачи генов, придающих устойчивость к антибиотикам своим потомкам, многие бактерии могут также обмениваться генами между собой посредством процесса, называемого конъюгацией. Однако уже давно ведутся споры о том, происходит ли этот процесс достаточно быстро, чтобы распространяться среди населения, которое не подвергается воздействию антибиотиков.
В новом исследовании исследователи из Университета Дьюка считают, что нашли окончательный ответ на этот вопрос. С помощью серии экспериментов с бактериями, способными к конъюгации, они показали, что все протестированные бактерии обмениваются генами достаточно быстро, чтобы поддерживать устойчивость. Однако они также показывают, что есть способы нарушить этот процесс и обратить вспять устойчивость к антибиотикам.
Результаты опубликованы 22 ноября в журнале Nature Communications.
«Результаты стали для меня неожиданностью, когда я впервые увидел данные», - сказал Линчонг Ю, адъюнкт-профессор инженерных наук Пола Раффина Скарборо в Университете Дьюка и соответствующий автор статьи. «У всех бактерий, которые мы тестировали, скорость конъюгации достаточно высока, поэтому, даже если вы не используете антибиотики, устойчивость может поддерживаться, даже если гены обходятся дорого».
Большая часть устойчивости к антибиотикам возникает и распространяется посредством естественного отбора. Если у нескольких счастливых бактерий есть гены, которые помогают им пережить цикл антибиотиков, они быстро станут родителями следующего поколения и передают эти гены.
Многие из этих генов, однако, имеют свою цену. Например, мутация может позволить бактерии построить более толстую мембрану, чтобы выжить после определенного антибиотика, но эта мутация также может затруднить размножение клетки. Без селективного давления антибиотиков, убивающих конкурентов, бактерии с этой мутацией должны со временем исчезнуть.
Но когда гены, ответственные за устойчивость, также можно поменять местами между клетками, уравнение усложняется. В пользу сохранения резистентности говорит скорость обмена генами. Против этого работает ранее упомянутая биологическая стоимость генов и естественная частота ошибок в генах при их передаче.
«Было проведено несколько исследований того, насколько критична конъюгация для поддержания резистентности, несмотря на ее стоимость, но было недостаточно тщательных и четко определенных экспериментов, чтобы прийти к окончательным выводам», - сказал Ю. «Именно здесь Эллисон внесла центральный вклад. Ее невероятно тщательные измерения позволяют нам с большой уверенностью делать выводы."
Эллисон Лопаткин, докторант лаборатории Ю и первый автор статьи, более месяца тщательно измеряла скорость конъюгации и устойчивость к антибиотикам у патогенов. Штаммы были получены в рамках параллельного проекта с Duke He alth, в рамках которого You пытается определить, насколько распространена конъюгация среди патогенов.
На данный момент Вы обнаружили, что более 30 процентов протестированных им бактериальных патогенов распространяются резистентно через конъюгацию. И девять из них были дополнительно протестированы Лопаткиным, чтобы увидеть, насколько хорошо они сохранят свою устойчивость в отсутствие антибиотиков..
«Каждый клинический штамм, который мы тестировали, сохранял свою устойчивость за счет конъюгации даже без селективного давления антибиотиков», - сказал Лопаткин.
Результаты показывают, что, по крайней мере, для бактерий, меняющих гены резистентности, простое регулирование количества используемых антибиотиков не изменит ситуацию с растущей проблемой резистентности. По словам Ю и Лопаткина, чтобы добиться хоть какого-то прогресса, потребуются также лекарства, которые остановят обмен генами и снизят скорость их передачи при воспроизведении.
К счастью, такие наркотики уже существуют, и может быть еще много других, ожидающих своего открытия.
«Мы провели те же самые эксперименты с одним препаратом, который, как известно, ингибирует конъюгацию, и другим, который способствует потере генов резистентности», - сказал Лопаткин. «Мы обнаружили, что без присутствия антибиотиков мы можем обратить вспять устойчивость бактерий к четырем протестированным нами патогенам и остановить их распространение среди остальных».
Один из препаратов является безвредным натуральным продуктом, а второй - антипсихотик, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Хотя команда подала предварительный патент на использование комбинации для устранения устойчивости к антибиотикам, они надеются, что будущая работа откроет еще лучшие варианты.
«В качестве следующего шага мы заинтересованы в выявлении дополнительных химических веществ, которые могут выполнять эти роли более эффективно», - сказал Ю.«Исторически, когда исследователи просматривали огромные библиотеки лекарств, они сосредоточивались на препаратах, которые могут убивать бактерии. Но наши исследования показывают, что существует целая новая вселенная, где теперь вы можете проверять другие функции, такие как способность блокировать конъюгацию или чтобы вызвать потерю генов резистентности. Эти химические вещества, как только будет доказана их безопасность, могут служить адъювантами стандартного лечения антибиотиками, или они могут применяться в окружающей среде как способ общего управления распространением резистентности к антибиотикам».