Как распространяется устойчивость к антибиотикам? Учёные нашли ответ в носу
Устойчивость к антибиотикам возникает из-за способности бактерий изменяться и адаптироваться, «обманывая» препараты, призванные их уничтожить. Однако точные механизмы приобретения и распространения этой устойчивости у большинства бактерий изучены недостаточно.
Микробиологи из Университета в Буффало, изучая бактериальную колонизацию у мышей, обнаружили, как происходит очень быстрый и эффективный процесс распространения устойчивости у респираторного патогена Streptococcus pneumoniae (пневмококка). Команда выяснила, что устойчивость возникает в результате переноса ДНК между штаммами бактерий внутри биоплёнок в носоглотке.
В статье, опубликованной в прошлом месяце в журнале mBio, авторы показали, что генетический обмен, приводящий к устойчивости, происходит в носу животных примерно в 10 миллионов раз эффективнее, чем в крови, — это намного выше ожидаемого.
«Высокая эффективность генетической трансформации, которую мы наблюдали между бактериями в носу, имеет прямое клиническое значение, поскольку именно так распространяется устойчивость к антибиотикам, и её уровень в популяции растёт», — поясняет ведущий автор Андерс П. Хаконссон, PhD. — «Бактерии "одалживают" ДНК друг у друга, чтобы лучше приспособиться к среде хозяина и стать неуязвимее для действия антибиотиков».
Работа открыла новое направление в изучении того, как бактерии организуются при колонизации и как эта организация способствует распространению устойчивости и эволюционной приспособленности Streptococcus pneumoniae.
Streptococcus pneumoniae — основной колонизатор: он присутствует в носоглотке практически у всех людей примерно к одному году жизни. Заболевания он вызывает лишь иногда, но достаточно часто, чтобы оставаться ведущей причиной заболеваемости и смертности от респираторных и инвазивных инфекций у детей и пожилых людей во всём мире.
Исследование проливает свет на историю изучения генетического обмена между бактериями. Естественная трансформация у инфицированных мышей была впервые описана в 1928 году Фредериком Гриффитом, изучавшим Streptococcus pneumoniae. Однако с тех пор все эксперименты проводились искусственно в пробирках или на моделях инфекции крови, хотя эпидемиологически известно, что генетический обмен происходит почти исключительно в носу.
«По какой-то причине никто не изучал, как устойчивость распространяется в среде, где это действительно происходит, — в носоглотке. Когда мы это сделали, то обнаружили, что эффективность распространения устойчивости в носоглотке была намного выше, чем мы ожидали», — говорит Хаконссон.
Ранее, летом, исследователи из Буффало опубликовали в Infection & Immunity данные, показывающие, что при колонизации носа пневмококки формируют сложные, высокоструктурированные сообщества — биоплёнки.
«Мы выяснили, что бактерии образуют в носу биоплёнки, которые защищают их от действия антибиотиков, поскольку антибиотикам трудно разрушать биоплёнки. Кроме того, мы знаем, что для развития хороших биоплёнок часть бактерий должна погибнуть. Таким образом, мёртвые бактерии помогают создавать биоплёнки и предоставляют ДНК, которую другие бактерии могут захватить и использовать. Именно так бактерии распространяют устойчивость и становятся более приспособленными», — объясняет Хаконссон.
Статья в mBio демонстрирует, что среда носоглотки создаёт идеальные условия для этих процессов.
«Температура в носу — 34°C, наличие эпителиальных клеток, доступность питательных веществ — все эти факторы создают идеальные условия для формирования биоплёнок и распространения устойчивости к антибиотикам», — отмечает соавтор Лора Р. Маркс.
Исследователи воссоздали эту среду in vitro, выращивая бактериальные биоплёнки на клетках карциномы бронхов человека или на эпителиальных клетках здоровых людей.
Команда сейчас работает над разработкой клинических приложений этих открытий с целью улучшить лечение и профилактику инфекций, особенно вызванных устойчивыми организмами — от детских отитов до внебольничной и внутрибольничной пневмонии у пожилых, которая может привести к летальному сепсису.
Авторы подчёркивают растущую необходимость поиска способов борьбы с устойчивыми бактериями: в настоящее время в разработке FDA находится всего около 15 новых противомикробных препаратов.