Физическая стратегия против устойчивости к антибиотикам

Биолог из Виргинского технологического института предлагает использовать физическую стратегию резонансной активации, чтобы перевести спящие бактериальные клетки в стадию, когда они станут чувствительны к антибиотикам.

В физике резонанс — это периодическая сила или колебание, частота которого близка к собственной частоте системы. Биолог Цзяньхуа Син, размышляя о проблеме антибиотикорезистентности, вспомнил о научной работе по резонансной активации, которую читал в студенческие годы.

Проблема персистентных клеток:

• Одна из стратегий выживания бактериальных колоний — создание небольшого количества персистентных клеток.
• Эти клетки находятся в состоянии покоя или растут очень медленно, что позволяет им избежать действия антибиотиков, эффективных только против активно растущих клеток.
• Персистентные клетки медленно и случайным образом возвращаются к нормальному росту, обеспечивая выживание колонии после окончания курса антибиотиков.
• Длительное лечение антибиотиками опасно из-за тяжелых побочных эффектов (например, повреждения печени).

Принцип стратегии:

Персистентные клетки существуют в нескольких устойчивых состояниях, между которыми переходят из-за флуктуаций в количестве белков. Син увидел в этих флуктуациях мишень для резонансной активации. Вместо звуковой волны возмущающим сигналом должно стать периодическое лечение антибиотиками, синхронизированное с этими колебаниями.

Моделирование и результаты:

Студенты Янь Фу и Мэн Чжу создали компьютерную модель для сравнения различных стратегий периодического применения антибиотиков. Их исследование, опубликованное в журнале Physical Biology в марте 2010 года, показало, что резонансная активация (флуктуирующая антибиотикотерапия) ускоряет стерилизацию бактериальной колонии.

Перспективы и ограничения:

• Модель упрощает проблему, не учитывая осложнения из-за мутаций бактерий.
• Однако концепция может найти применение в лечении рака: «Прерывистое дозирование химиопрепаратов может быть столь же или более эффективным, чем длительный курс. Нужно остановиться, дать организму восстановиться, а затем возобновить лечение», — отмечает Син.
• Также его интересует возможность использования резонансной активации для повышения эффективности превращения соматической клетки в стволовую.
• «Бактерии быстро мутируют, но применение может быть в онкологии или конверсии стволовых клеток, где мутация происходит медленнее или не является проблемой», — заключает ученый.