Новое понимание устойчивости к антибиотикам: исследователи обнаружили альтруистическое поведение у бактерий
Согласно новому исследованию ученых из Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), несколько устойчивых патогенов могут защитить всю колонию, что противоречит прежним представлениям об индивидуальном характере резистентности.
Исследование, опубликованное 2 сентября 2010 года в журнале Nature, показывает, что в бактериальном сообществе происходят популяционные изменения. При воздействии антибиотиков устойчивые Escherichia coli производят — в ущерб собственной энергии — белок, который просачивается в общую среду и запускает ряд защитных механизмов у неустойчивых соседей.
Ключевое открытие: коллективная защита
- Исследователи во главе с Джеймсом Дж. Коллинзом выращивали генетически идентичные E. coli в биореакторе, добавляя антибиотик норфлоксацин.
- Они обнаружили, что минимальная ингибирующая концентрация (MIC) для всей популяции была значительно выше, чем MIC для отдельных образцов.
- Бактерии с высоким MIC составляли менее 1% популяции, но защищали всех остальных.
Механизм защиты
- Устойчивые бактерии в присутствии норфлоксацина производили в изобилии фермент триптофаназу.
- Триптофаназа расщепляет аминокислоту триптофан с образованием индола — сигнальной молекулы.
- Индол защищает уязвимые бактерии двумя способами:
- Активирует клеточные насосы, выводящие антибиотик из клетки.
- Включает пути защиты от окислительного стресса, вызванного накоплением свободных радикалов, которые, как ранее показала команда Коллинза, являются одним из механизмов действия антибиотиков.
Эволюционный парадокс и его объяснение
- Устойчивые мутанты производят индол в ущерб собственному росту, демонстрируя альтруистическое поведение.
- Это явление поддерживает теорию «родственного отбора» (kin selection): организмы могут вести себя альтруистично по отношению к тем, кто разделяет их гены. Защищая популяцию, мутанты сохраняют свой общий генофонд.
Значение для медицины
- Исследование помогает объяснить, почему устойчивость к антибиотикам так трудно сдержать.
- Подобная популяционная защита была подтверждена и для других классов антибиотиков.
- Поскольку многие типы бактерий производят индол, аналогичный кооперативный процесс может происходить у ряда видов.
- Будущие исследования могут быть направлены на таргетинг пути индола, чтобы блокировать способность бактерий делиться устойчивостью.
Вывод
Работа подчеркивает острую необходимость инвестиций в разработку новых антибиотиков. Как отмечает Коллинз, риск появления новых опасных «супербактерий» высок, а арсенал антибиотиков сокращается, что требует политической воли для расширения исследований в этой области.