Бактерии «перетасовывают» гены, чтобы развить устойчивость к антибиотикам по требованию
Устойчивость к антибиотикам — растущая угроза, усложняющая лечение опасных инфекций.
Новое исследование показало, как бактерии могут перестраивать свою генетику, чтобы избежать действия антибиотика.
Механизм устойчивости с низкими затратами
Бактерии используют интегроны — уникальные участки ДНК, которые позволяют им накапливать гены устойчивости, приобретенные от других бактерий. Эти гены выстроены в массивы.
- Гены в начале массива активно экспрессируются и обеспечивают высокий уровень устойчивости.
- Гены в конце остаются «молчащими» и сохраняются с низкими энергетическими затратами.
Ключевой элемент — фермент интеграза, который позволяет бактериям вырезать и перемещать гены в массиве при опасности, «перетасовывая» их порядок.
Экспериментальное подтверждение
В лаборатории были созданы искусственные интегроны с геном устойчивости в последней позиции. Часть из них имела нефункциональную интегразу.
- Использовался метод экспериментальной эволюции: бактерии подвергали воздействию возрастающих доз антибиотиков.
- Результат: Бактерии, способные перетасовывать гены, выживали дольше и развивали устойчивость чаще, чем те, у которых эта функция была отключена.
Интересно, что эта перетасовка часто была связана с потерей других генов устойчивости. Становясь устойчивыми к одному антибиотику, бактерии вновь становились чувствительными к другим.
Потенциальные стратегии борьбы
Результаты исследования указывают на возможные пути противодействия:
- Ингибиторы интегразы: Комбинирование антибиотиков с препаратами, блокирующими фермент интегразу, чтобы уменьшить перетасовку генов.
- Подавление SOS-ответа: Препараты, останавливающие последнюю реакцию бактерий на стресс (SOS-ответ), также ограничат активность интегронов.
- «Антиэволюционные» препараты: Активная область исследований — лекарства, которые не убивают бактерии напрямую, но препятствуют развитию устойчивости.
- Циклирование антибиотиков: Стратегическое чередование разных антибиотиков может использовать перетасовку интегронов для поощрения потери генов устойчивости, возвращая чувствительность к ранее неэффективным препаратам.
Интегроны, возникшие миллионы лет назад, оказались идеальным механизмом для адаптации бактерий к антибиотикам. Понимание того, как бактерии развивают устойчивость, критически важно для разумного использования существующих и будущих антибиотиков.