Уязвимость устойчивых к антибиотикам бактерий: путь к контролю без лекарств

Новое исследование выявило физиологическую "ахиллесову пяту" у бактерий с устойчивостью к антибиотикам, что открывает путь для борьбы с ними без применения лекарств.

Контекст проблемы

  • Смертность от устойчивых к антибиотикам инфекций уже превышает 1 миллион человек в год (1990–2021 гг.).
  • Прогнозируется рост до почти 2 миллионов смертей ежегодно к 2050 году.

Суть открытия

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего вместе с коллегами из Университета штата Аризона и Университета Помпеу Фабра (Испания) исследовали, почему мутантные штаммы бактерий с устойчивостью не вытесняют обычные популяции, несмотря на преимущество.

Ключевой вывод: устойчивость к антибиотикам имеет свою "цену" — физиологическое ограничение, мешающее доминированию.

Механизм уязвимости

Исследование на бактерии Bacillus subtilis, опубликованное в Science Advances, показало:

  1. Роль рибосом: Мутантные варианты рибосом (например, L22), обеспечивающие устойчивость, чрезмерно конкурируют за ионы магния (Mg2+).
  2. Конкуренция за ресурс: Магний необходим как для стабилизации рибосом, так и для молекул АТФ (аденозинтрифосфата), дающих клетке энергию.
  3. Физиологическая плата: Математические модели выявили "перетягивание каната" между рибосомами и АТФ за ограниченный запас магния в клетке. Эта конкуренция сильнее тормозит рост устойчивых мутантов (L22), чем дикого типа.

"Мы обнаружили, что способность справляться с ограничением магния в окружающей среде важнее для размножения бактерий, чем устойчивость к антибиотикам", — отмечает профессор Гюроль Сюэль.

Перспектива применения

Обнаруженную слабость можно использовать как мишень:

  • Хелатирование (связывание) ионов магния в среде бактерий может избирательно подавлять устойчивые штаммы, не затрагивая полезные бактерии дикого типа.
  • Это подход без лекарств и токсичных химикатов.

Более широкий контекст

В октябре 2023 года та же группа учёных представила ещё один безлекарственный метод — биоэлектронное устройство, использующее естественную электрическую активность бактерий кожи для контроля инфекций (на примере Staphylococcus epidermidis).

"У нас заканчиваются эффективные антибиотики... Нужны альтернативы без лекарств, и наши два последних исследования показывают, как этого можно достичь", — подчеркивает Сюэль.

Авторы исследования: Eun Chae Moon, Tushar Modi, Dong-yeon Lee, Danis Yangaliev, Jordi Garcia-Ojalvo, S. Banu Ozkan и Gürol Süel.