Размер имеет значение: биоинформатика точно определяет короткие, толстые антибиотикорезистентные бактерии
Пенициллин был провозглашен "серебряной пулей" за способность убивать болезнетворные бактерии, не нанося вреда человеку. Однако частое использование антибиотиков повышает риск появления устойчивых штаммов.
В исследовании, опубликованном в Frontiers in Microbiology, ученые из Университета Осаки показали, что бактерии демонстрируют характерные различия в форме при устойчивости к лекарствам.
Антибиотикорезистентность — глобальная проблема здравоохранения. Стандартный метод ее выявления занимает несколько дней и требует выращивания бактерий в лаборатории и обработки их препаратами.
"Есть свидетельства, что резистентность проявляется иначе: например, морфология грамотрицательных палочковидных бактерий меняется при воздействии антибиотиков. Мы хотели определить, можно ли использовать эту особенность для обнаружения устойчивости без фактической обработки антибиотиками", — говорит ведущий автор Мики Икебе.
Ход исследования:
- Исследователи подвергли Escherichia coli воздействию фиксированных концентраций различных антибиотиков, чтобы вызвать развитие устойчивости.
- Затем лечение антибиотиками прекратили и с помощью машинного обучения оценили форму, размер и другие физические особенности бактерий на основе микроскопических изображений.
"Результаты были очень четкими. Устойчивые штаммы были толще или короче, чем родительские штаммы, особенно те, что были резистентны к хинолонам и β-лактамам", — объясняет старший автор Кунихоко Нишино.
Далее ученые изучили генетический состав устойчивых бактерий, чтобы выяснить связь между формой и резистентностью. Результаты показали, что гены, связанные с энергетическим метаболизмом и устойчивостью к антибиотикам, действительно были связаны с наблюдаемыми изменениями формы.
"Наши выводы показывают, что устойчивые бактерии можно идентифицировать по микроскопическим изображениям, в отсутствие антибиотиков, с помощью машинного обучения", — говорит Икебе.
Поскольку бактерии, устойчивые к хинолонам, β-лактамам и хлорамфениколу, демонстрировали сходные формы и размеры, вероятно, за резистентность во всех этих штаммах отвечает один и тот же генетический механизм.
В будущем инструмент машинного обучения может использоваться для быстрой оценки образцов пациентов, чтобы помочь назначить правильный препарат для лечения инфекции.