Пациенты пластической хирургии заражались устойчивыми к антибиотикам бактериями, и никто не знал, почему. Микробиологи Калифорнийского университета в Коннектикуте нашли ответ в кишечнике пиявки. Их исследование, опубликованное сегодня в журнале mBio, доказывает, что крошечные уровни антибиотиков, обнаруженные в окружающей среде, могут стимулировать устойчивость бактерий.
Микробиолог из Коннектикута Йорг Граф из отдела молекулярной и клеточной биологии хорошо знаком с кишечником пиявки. За эти годы он изучил содержимое тысяч из них. Он изучает, как бактерии могут жить в желудочно-кишечном тракте животных, не вызывая у них болезней, и пиявки - идеальный пример для изучения; только с двумя основными типами бактерий внутри них отношения относительно просты. Пиявки, выращенные медицинскими поставщиками, пиявки, пойманные в Европе, пиявки, собранные его студентами из прудов за W-лотом в кампусе UConn, Граф знает их всех и все их причуды.
Он думал, что хорошо знает бактерии в их пищеварительной системе. Но в 2011 году его ждал неприятный сюрприз. У одной из его аспирантов, Софи Колстон, были проблемы с выращиванием бактерий. Это был штамм Aeromonas, который обычно очень хорошо справляется с пиявками. Они скармливали штамм Aeromonas пиявке, а затем проверяли, насколько хорошо штамм растет в ее кишечнике. На этот раз у штамма Aeromonas возникли проблемы. Лидия Бека, еще одна аспирантка его лаборатории, занялась делом.
"По какой-то причине ему было трудно выживать в естественной среде обитания", - говорит Бека.
В то же время пластические хирурги начали сообщать о проблемах с инфицированием пациентов бактериями Aeromonas, устойчивыми к ципрофлоксацину, важному антибиотику. Всех пациентов лечили пиявками для улучшения кровотока в местах хирургических вмешательств. Бактерии Aeromonas представляют собой большую и разнообразную группу, и многие из них могут жить в крови, что означает, что они могут вызывать инфекции при попадании в раны. Но обычно они легко лечатся ципрофлоксацином, и в больнице не будет источника ципрорезистентных Aeromonas. Лекарственно-устойчивые Aeromonas должны были появиться от пиявок, но как? Животных выращивают на специализированных фермах, кормят контролируемой диетой и используют только один раз для одного пациента.
«Ни разу не побывав в больнице и не увидев пациента, эти пиявки содержали ципрорезистентные бактерии», - сказал Граф. Когда Граф получает пиявок, он держит их в банках, накрытых марлей, и держит банки в холодильнике, чтобы имитировать зиму.
Когда пиявки появляются из холодильника, они голодны. Они хотят крови. И они не привередливы в том, откуда она исходит. Пиявки - кровососы с равными возможностями. Поэтому, когда вспышка коровьего бешенства сделала использование крови крупного рогатого скота нежелательным, один из крупных производителей медицинских пиявок в Европе переключился на кормление пиявок кровью домашней птицы.
Этот переключатель дал Графу и его лаборатории подсказку. Что делать, если куриная кровь была заражена антибиотиками? Они проанализировали содержимое кишечника пиявок с фермы, которая кормила птиц кровью, и обнаружили следы как ципрофлоксацина, так и энрофлоксацина, ветеринарного аналога ципро. Но количество присутствующих антибиотиков было исчезающе низким. Всего около 0,01 микрограмма на миллилитр, что в четыреста раз меньше концентрации, при которой бактерия должна выжить, чтобы считаться «резистентной».«Тем не менее, у пиявок с других ферм, в чьих кишках тестовый штамм Aeromonas все еще рос нормально, не было обнаружено никаких антибиотиков в кишечнике.
Может ли такой низкий уровень ципро, сотые доли микрограмма, действительно способствовать устойчивости к антибиотикам? Граф, Бека и их коллеги решили выяснить это. Они выделили штаммы Aeromonas из зараженных антибиотиками пиявок и секвенировали их геномы. Двое коллег, Мэтт Фуллмер и Питер Гогартен, подтвердили, что они содержат три бита ДНК, два гена с мутациями и плазмиду, необходимые для устойчивости к ципро. Наличие мутаций в генах, необходимых для репликации ДНК, дорого обходится с биологической точки зрения. Бактерии сохранили бы их только в том случае, если бы они были полезны для выживания.
И действительно, когда ципрорезистентные Aeromonas выращивались вместе с тестовым штаммом Aeromonas в чистой лабораторной среде или внутри пиявки, тестовый штамм рос на них повсюду. Но если в смесь было добавлено хоть немного антибиотика, всего 0.01 мкг/мл, преобладала ципрорезистентная разновидность.
"Это был первый раз, когда такие низкие уровни антибиотиков наблюдались в естественной среде. Уровни антибиотиков в 100 раз ниже клинической контрольной точки позволили резистентным бактериям перерасти чувствительные бактерии в миллион раз!" - говорит Граф. Это вызывает беспокойство, поскольку ципрофлоксацин и родственные ему препараты не очень хорошо разлагаются в окружающей среде. Они сохраняются. Их можно найти в сточных водах больниц, в стоках фармацевтических заводов и ферм, а иногда даже в сточных водах. И, видимо, в птичьей крови.
Использование антибиотиков запрещено на птицефабриках в США, но не в Европе. И поскольку антибиотики присутствуют в больничных, фармацевтических и сточных водах в таких малых количествах, эти другие источники, как правило, не регулируются. Но, как показывают исследования Графа, Беки и их коллег, эти низкие уровни имеют значение. Если мы не очистим нашу практику утилизации отходов, мы рискуем сделать некоторые из наших самых важных антибиотиков бесполезными.