Четверть патогенных бактерий может напрямую передавать устойчивость к антибиотикам другим бактериям
Биоинженеры из Университета Дьюка показали, что по меньшей мере 25% устойчивых к антибиотикам патогенных бактерий, обнаруженных в клинических условиях, способны напрямую передавать свою устойчивость другим бактериям. При этом исследование демонстрирует, что, вопреки распространённым представлениям, использование антибиотиков не оказывает значимого влияния на скорость обмена генами, ответственными за устойчивость.
Исследователи использовали новый высокопроизводительный метод измерения скорости, с которой бактерии обмениваются пакетами ДНК (плазмидами), несущими гены устойчивости. Скорость и возможность автоматизации большей части процесса позволят получить новые данные о факторах, влияющих на скорость переноса. Такие усилия могут помочь врачам замедлить или даже обратить вспять распространение устойчивости у некоторых патогенов человека.
Результаты опубликованы онлайн 24 января в журнале Science Advances.
Новый метод измерения скорости конъюгации
Классический метод измерения скорости плазмидной конъюгации трудоёмок и требует 16 часов для роста нового поколения бактерий в чашках Петри. Джонатан Бетке и Эллисон Лопаткин разработали метод, использующий автоматизированное оборудование и дающий результаты через 5 часов.
Метод включает смешивание двух штаммов бактерий:
- Донорский штамм с устойчивостью к одному антибиотику, которая может передаваться через плазмидную конъюгацию.
- Реципиентный штамм с устойчивостью к другому антибиотику, которая не передаётся.
После контакта бактерий смесь переносят в среды с питательными веществами и обоими антибиотиками. Это стимулирует рост только тех реципиентных бактерий, которые успешно получили плазмиды донора, приобретя двойную устойчивость. Время, за которое эта популяция достигает определённого порога, указывает на её исходную численность.
Исследование клинических изолятов
Учёные совместно с Джошуа Тейденом и Вэнсом Фаулером получили 219 клинических изолятов патогенов (бактерий от реальных пациентов). Все они были устойчивы к бета-лактамазам — наиболее распространённому классу антибиотиков.
Измеряя скорость плазмидной конъюгации в присутствии и отсутствии бета-лактамных антибиотиков, они показали, что, за исключением одного случая, эти антибиотики не увеличивают скорость передачи устойчивости. Также было обнаружено, что более 25% изученных штаммов способны передавать свою устойчивость со скоростью, достаточной для обнаружения.
«Антибиотики, конечно, способствуют распространению устойчивости, но наше исследование указывает, что это происходит в первую очередь через селективную популяционную динамику, а не через увеличение скорости плазмидной конъюгации», — пояснил Линчон Ю.
Генетический анализ плазмид
Совместно с лабораторией Минфэна Сяо в BGI Genomics (Шэньчжэнь, Китай) команда провела секвенирование плазмид и проанализировала их ДНК. Плазмиды классифицировали по:
- Группам мобильности (как они перемещаются между клетками) — обнаружено две группы, не влияющие на скорость конъюгации.
- Группам несовместимости (как они реплицируются) — обнаружено семь групп, которые существенно влияли на скорость конъюгации.
«Если мы сможем начать создавать библиотеку генетических маркеров, указывающих на вероятную способность патогена напрямую передавать устойчивость соседям, мы сможем делать масштабные прогнозы о сетях горизонтального переноса генов и, возможно, понять, как бактерии эволюционируют в этом процессе в целом», — сказал Джонатан Бетке.
Такая библиотека также будет иметь прямое значение для клинической практики, помогая врачам принимать персонализированные решения о назначении антибиотиков.