Ученые нашли генетические мутации, которые способствуют устойчивости к антибиотикам

Ученые из Broad Institute MIT и Гарварда (Кембридж, Массачусетс) обнаружили новые мутации в бактериях, способствующие эволюции высокого уровня устойчивости к антибиотикам.

Результаты, опубликованные в eLife, расширяют понимание того, как развивается резистентность к антибиотикам, что, по мнению команды, имеет решающее значение для сохранения эффективности как существующих, так и будущих препаратов.

Проблема устойчивости

Распространение устойчивых к антибиотикам бактерий создает проблемы для клиницистов, причем некоторые инфекции уже устойчивы почти ко всем доступным препаратам. Согласно отчету Центров по контролю и профилактике заболеваний США за 2013 год, такие инфекции ежегодно убивают не менее 23 000 человек только в Соединенных Штатах.

Цель исследования

Дебора Хунг, старший автор исследования, поясняет: «Некоторые виды бактерий, включая микобактерии, развивают лекарственную устойчивость в результате мутаций в своих генах. Мы хотели получить новое представление о молекулярных процессах, способствующих резистентности у этих видов, изучив взаимосвязь между концентрацией антибиотиков, их бактерицидным действием и появлением устойчивых мутантов».

Методология

Для этого команда Хунг вырастила сотни культур вида Mycobacterium smegmatis (M. smegmatis), родственника бактерии, вызывающей туберкулез. Бактерии подвергали воздействию низких концентраций антибиотиков, при которых бактерицидный эффект препаратов был относительно медленным. Это позволило команде отслеживать гибель чувствительных бактерий и одновременно выделять отдельные образцы, в которых развились мутанты.

Ключевые находки

«Мы обнаружили рост устойчивых к лекарствам мутантов в части наших культур, — говорит первый автор Джеймс Гомес. — Каждый из них нес единичные мутации в различных компонентах рибосомы — сложной молекулярной машины, ответственной за построение белков в клетках».

Команда обнаружила, что эти новые рибосомные мутации обеспечили бактериям устойчивость к нескольким различным классам антибиотиков, которые даже не нацелены на рибосому и к которым мутанты никогда не подвергались. Мутации также усилили устойчивость к двум неантибиотическим стрессам: тепловому шоку и стрессу клеточной мембраны.

Механизм и значение

Гомес объясняет: «Мы действительно наблюдали "плату за приспособленность" для бактерий: мутации снижали скорость их роста. Однако перепрограммирование, произошедшее внутри клеток в ответ на мутации, сделало бактерии гораздо менее чувствительными как к антибиотическому, так и к неантибиотическому стрессу. Это говорит о том, что у таких видов, как M. smegmatis, мутации такого типа могут повышать приспособленность в средах с множеством препаратов и служить "ступеньками" на пути к развитию высокого уровня лекарственной устойчивости, несмотря на их негативное влияние на рост».

Дальнейшие планы

Теперь команда планирует изучить это явление у различных видов бактерий, включая Mycobacterium tuberculosis, сочетая экспериментальные биологические подходы с тщательным анализом данных геномного секвенирования. Более полное понимание того, как возникает множественная лекарственная устойчивость, может помочь в разработке или оптимизации новых препаратов для лечения бактериальных инфекций.