Устойчивые к одному антибиотику бактерии «готовы» стать мультирезистентными
Ученые из Вашингтонского и Айдахоского университетов выяснили, как легко могут появляться мультирезистентные (MDR) бактерии, устойчивые к двум и более антибиотикам. В статье, опубликованной 6 апреля в Nature Ecology & Evolution, они сообщают, что длительное воздействие антибиотика на уже устойчивый к нему патоген не только усиливает способность бактерии удерживать ген устойчивости, но и облегчает приобретение устойчивости ко второму антибиотику.
Эффект «праймирования»
Эксперименты показали, что длительное воздействие одного антибиотика по сути «подготавливает» бактерии. Этот эффект повышал вероятность приобретения устойчивости к другим антибиотикам даже в отсутствие дальнейшего воздействия и помогал штамму сохранять эти признаки резистентности в течение многих поколений.
«Воздействие антибиотиков, по-видимому, косвенно отбирает более стабильные системы устойчивости к антибиотикам», — сказал соавтор Бенджамин Керр. «Более стабильная система увеличивает шансы штамма приобрести устойчивость к нескольким антибиотикам».
Роль плазмид
Исследователи изучили распространенный механизм передачи устойчивости — плазмиды. Это кольцевые молекулы ДНК, которые могут нести гены, в том числе гены устойчивости к антибиотикам. Бактерии легко обмениваются плазмидами.
Изначально E. coli и Klebsiella pneumoniae, не подвергавшиеся воздействию антибиотиков, плохо удерживали свои плазмиды (тетрациклин- и хлорамфеникол-резистентности соответственно). Через девять дней в среде без антибиотиков плазмиду сохранили менее 20% E. coli и менее 50% Klebsiella.
После 400 поколений в среде с соответствующим антибиотиком ситуация изменилась. Даже после снятия «давления» антибиотика более половины клеток обоих штаммов сохраняли свои плазмиды.
Рост мультирезистентности
Ключевое открытие: предшествующее воздействие всего одного антибиотика резко увеличивало появление MDR-Klebsiella. Когда исследователи выращивали вместе наивные к антибиотикам штаммы Klebsiella и E. coli с плазмидами, небольшая часть Klebsiella становилась MDR, приобретая плазмиду от E. coli. При повторении эксперимента с бактериями, уже подвергавшимися воздействию антибиотиков, количество MDR-Klebsiella увеличилось примерно в 1000 раз.
Воздействие хлорамфеникола повысило вероятность того, что устойчивая к нему Klebsiella приобретет плазмиду устойчивости к тетрациклину от E. coli в среде без антибиотиков. Кроме того, такие клетки лучше удерживали обе плазмиды резистентности впоследствии.
Эволюционное объяснение
Ученые полагают, что воздействие антибиотика отбирает мутации в геноме бактерии, которые минимизируют конфликт между плазмидой и клеткой-хозяином. Это снижает «стоимость» содержания плазмиды.
«Мы считаем, что, стабилизируя одну плазмиду, эти мутации делают бактерии более склонными стабилизировать и дополнительно приобретенные плазмиды», — сказал Керр.
Выводы и последствия
Это исследование помогает объяснить не только рост MDR, но и сохранение и распространение устойчивости в окружающей среде даже после прекращения воздействия антибиотика.
«То, что мы видим здесь, — это то, что даже кратковременное воздействие всего одного антибиотика ускоряет развитие мультирезистентности, что должно заставить нас задуматься, как мы используем эти препараты в здравоохранении, сельском хозяйстве и других сферах», — заключила соавтор Ева Топ.