Антибиотики не способствуют обмену генами устойчивости
Исследователи показали, что за исключением нескольких конкретных примеров, антибиотики не способствуют распространению устойчивости бактерий к антибиотикам через генетический обмен, как предполагалось ранее.
Хотя чрезмерное использование антибиотиков, несомненно, лежит в основе растущего глобального кризиса, новое исследование, опубликованное 11 апреля в Nature Microbiology, предполагает, что виной всему являются разные скорости роста и гибели бактерий, а не передача ДНК. Результаты имеют значение для разработки протоколов применения антибиотиков, чтобы избежать распространения устойчивости.
«Всей области известно, что существует огромная проблема чрезмерного использования антибиотиков», — сказал Линчон Ю, ведущий автор статьи. «Невероятно заманчиво предположить, что антибиотики способствуют распространению устойчивости, увеличивая скорость, с которой бактерии обмениваются генами устойчивости друг с другом, но наше исследование показывает, что часто это не так».
Эксперимент в условиях «приостановленной анимации»
Долгое время было известно, что бактерии могут обмениваться ДНК через процесс, называемый конъюгацией. Поскольку количество устойчивых бактерий возрастает, когда антибиотики не могут их убить, исследователи предполагали, что препараты увеличивают количество генетического обмена. Но Ю предположил, что, возможно, препараты убивают два «родительских» штамма, позволяя вместо этого процветать новому устойчивому штамму.
«Предыдущие исследования не могли разделить эти две идеи, но наша работа разъединила их», — сказала Эллисон Лопаткин, ведущий автор исследования. «Мы показали на уровне одной клетки, что обмен генами устойчивости вообще не зависит от антибиотиков, что противоречит литературе».
В своих экспериментах Лопаткин поместила бактериальные клетки в состояние, подобное «приостановленной анимации», где они не могли ни умирать, ни размножаться, но все еще могли обмениваться генами. Поскольку переменные скорости роста и гибели были устранены, исследователи могли наблюдать, как скорость генетического обмена реагирует на антибиотики.
Результаты тестирования
Они протестировали девять клинических патогенов, обычно связанных с быстрым распространением устойчивости, и подвергли их воздействию десяти распространенных препаратов, представляющих каждый основной класс антибиотиков.
Скорость генетического обмена в каждом тесте оставалась неизменной, а в нескольких случаях даже незначительно снижалась по мере увеличения концентрации антибиотиков.
«Похоже, что когда применяются антибиотики, обмен ДНК уже произошел и продолжает происходить», — пояснил Ю. «В зависимости от дозы препараты могут позволить новым устойчивым бактериям стать победителями. Когда это происходит, новый штамм становится гораздо более распространенным, чем раньше, если тесты проводятся после некоторого роста нового штамма».
Исключения и последствия
Ю отмечает, что существует несколько доказанных примеров, когда антибиотики напрямую индуцируют экспрессию генов, ответственных за передачу устойчивости, но они очень специфичны. Например, антибиотик тетрациклин индуцирует экспрессию генов, которые передают только устойчивость к тетрациклину.
Новое исследование показывает, что, несмотря на эти исключения, антибиотики не способствуют распространению устойчивости, вызывая глобальные изменения на клеточном уровне.
«Это имеет прямое значение для того, как мы разрабатываем дозы и протоколы», — сказал Ю. «Некоторые комбинации антибактериальных препаратов могут резко стимулировать общую динамику передачи. Другие комбинации, с другой стороны, могут подавлять патогены так же эффективно, не способствуя генетическому обмену. Именно эти вопросы мы надеемся решить в последующих исследованиях. Мы пытаемся выяснить, как разработать протоколы лечения антибиотиками таким образом, чтобы они были эффективными, но не способствовали распространению устойчивости к антибиотикам».