Голодные бактерии лишаются устойчивости к антибиотикам

Между человеком и патогенными бактериями идёт постоянная война: чем усерднее мы лечимся, тем устойчивее становятся бактерии. Дополнительный фактор, повышающий выживаемость микроорганизмов к лекарствам, — это животноводство: огромные количества антибиотиков идут на профилактику болезней у животных, в результате там тоже появляются жизнестойкие штаммы, которые обмениваются генами с человеческими бактериями. Собственно говоря, сейчас учёным приходится не столько придумывать новые лекарства, сколько решать проблему растущей устойчивости бактерий к чему бы то ни было.

Исследователи из Университета Райса (США) предлагают бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам тем методом, который часто обсуждается в случае злокачественных опухолей. Почему бы не попробовать применить к бактериям голод — кислородный или пищевой? Ход рассуждений таков: бактерии обязаны своей устойчивостью к антибиотикам определённым генам, которые находятся на плазмидах — небольших внехромосомных генетических элементах. Грубо говоря, плазмида похожа на очень маленькую хромосому: это тоже кольцевая ДНК, только она несёт в себе один–два–три гена, и ею легко обмениваться друг с другом, оставив одну копию себе. Бактерия может сделать много копий плазмиды, которые потом передаются в следующие поколения.

Но для копирования плазмиды (как и хромосомы) нужна энергия. Однако от копирования хромосомы никуда не денешься, а вот плазмидой можно в случае чего пренебречь: в ней нет генов, которые были бы нужны бактерии везде и всегда. Вот исследователи и решили сыграть на том, что при отсутствии антибиотика и в условиях сильного стресса бактерии избавятся от избыточной плазмидной ДНК, чтобы не тратить энергии на её поддержание.

Расчёт оказался верным. Когда исследователи перекрывали кислород и (или) питательные вещества Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli, то штаммы, первоначально устойчивые к тетрациклину, свою устойчивость к антибиотику теряли. (У P. aeruginosa, или синегнойной палочки, она исчезала полностью; у кишечной палочки способность противостоять антибиотику до некоторой степени сохранялась, хотя сильно слабела.) Потеря устойчивости происходила за 120 поколений, что не много, если учесть огромную скорость размножения бактерий. Антибиотик при этом, разумеется, в среде отсутствовал; если же эксперимент ставили в присутствии тетрациклина, устойчивость к нему у бактерий сохранялась, несмотря на какой голод.

Статью с результатами опубликована в журнале Environmental Science and Technology.

Похожие методы разрабатываются для раковых опухолей: если раку перекрыть кислород и питательные вещества (то есть, например, подавить рост сосудов в опухоли), это помогает замедлить болезнь. Однако с бактериями такой подход может быть реализован скорее в природоохранной сфере, нежели в медицинской. Как уже было сказано, устойчивость бактерий к антибиотикам часто начинается с животноводческих ферм. Такие бактерии живут в сточных водах, в которых легко можно создать анаэробные условия, чтобы бактерии остались без кислорода и избавились от плазмиды устойчивости: дело лишь за инженерным решением.

Подготовлено по материалам Университета Райса.