Незначительные мутации могут значительно повысить устойчивость к антибиотикам

Ученые из Университета Райса обнаружили, что мутации с малым эффектом могут кардинально изменить способность бактерий противостоять антибиотикам.

Это открытие было сделано в ходе трехлетней работы по созданию математической модели, способной точно предсказать, как конкретные мутации позволяют таким бактериям, как E. coli, адаптироваться к антибиотикам вроде миноциклина. Результаты опубликованы 10 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Мы были удивлены, увидев, что небольшие мутации могут иметь большое значение. В некоторых случаях незначительные молекулярные изменения могли повысить устойчивость на целых 500%», — заявил ведущий исследователь, биохимист Йусиф Шаму.

Исследование предлагает возможность решить одну из основных проблем современной биологии — проблему перехода от генотипа к фенотипу.

«Мы секвенировали сотни геномов и обнаруживаем, что одно дело — прочитать чертеж (ДНК), и совсем другое — предсказать, как эта ДНК повлияет на изменения в живой клетке», — пояснил Шаму.

Чтобы доказать, что математическая модель может точно предсказывать влияние мутаций на устойчивость E. coli, команда изучила ген TetX2. Этот ген кодирует фермент, инактивирующий антибиотик миноциклин. Исследователи рассмотрели наиболее вероятные мутации гена и обнаружили семь, которые привели к повышению устойчивости. Затем они два года собирали каталог базовых биохимических измерений для каждого мутанта.

Измерив улучшения характеристик для каждого из семи мутантов TetX2, группа смогла построить математическую формулу, точно связывающую устойчивость E. coli с эффективностью фермента. Для проверки формулы команда измерила устойчивость нового семейства мутантов и использовала формулу для расчета их ферментативных показателей.

Шаму заявил, что это исследование может привести к более быстрым методам скрининга устойчивых штаммов бактерий, но его непосредственная польза — в улучшении понимания того, как развивается резистентность.

«Мы по-прежнему знаем, что большие изменения могут давать большие преимущества, но теперь мы знаем, что небольшие изменения тоже могут приносить значительную пользу. Это говорит о том, что нам, возможно, придется обратить внимание на вещи, которые мы могли упустить в прошлом».