Новые данные об устойчивости к антибиотикам: горизонтальный перенос генов у бактерий не зависит от воздействия на них антибиотиков

Опубликованные в Science Advances результаты экспериментов позволяют утверждать, что обработка антибиотиками слабо влияет на частоту горизонтального переноса генов от бактерии к бактерии. В большей степени на частоту этого процесса влияет то, какие плазмиды (небольшие молекулы ДНК, которые несут в себе несколько генов и могут быть переданы от одной клетки другой) содержит микроорганизм.

Оказывается, бактерии быстро приобретают резистентность к новым антибиотикам (становятся устойчивыми) в том числе и потому, что способны к горизонтальному переносу генов — передаче ДНК не только собственным потомкам, но и любым особям своего или вообще совершенно чужого вида.

Одним из наиболее распространенных способов такого переноса является конъюгация с передачей плазмид. При этом клетка-донор выпускает в направлении другой клетки полую белковую нить, или половой пиль. Этот пиль соединяет две взаимодействующие клетки, и по нему плазмида переходит в организм реципиента.

Показано, что плазмиды весьма часто содержат гены устойчивости к антибиотикам и к другим негативным факторам. Предполагается, что в присутствии антибиотиков конъюгация и, следовательно, передача таких генов происходят чаще. Однако на практике нередко получается, что интенсивность горизонтального переноса генов зависит от динамики численности популяции и многих других факторов. При этом достоверно установить влияние каждого фактора по отдельности пока не удается.

Микробиологи из Университета Дюка (США) и нескольких исследовательских институтов Шэньчжэня (КНР) под руководством You Lingchong (Ю Линчун) провели масштабный анализ факторов, влияющих на частоту передачи плазмид [Jonathan H. Bethke etal. / Science Advances, 2020]. Было исследовано 219 штаммов Escherichia coli (кишечной палочки), которые с 2002 по 2014 годы выделялись из крови пациентов больницы Университета Дюка. Эти штаммы за счет своих плазмид были устойчивы к одному из антибиотиков с разными механизмами действия: канамицину, карбенициллину, хлорамфениколу, норфлоксацину либо эритромицину.

Культуры кишечной палочки смешивали с другими бактериями так, чтобы каждый штамм в паре обладал резистентностью (устойчивостью) к другому антибиотику, и растили полученные смеси на среде, в которой присутствовало оба антибиотика. Таким образом, преимущество получали бактерии, которые получили от организмов другого штамма плазмиду с недостающими генами устойчивости ко второму противомикробному веществу.

Оказалось, что лучше всего со скоростью горизонтального переноса генов коррелирует то, к какой группе несовместимости Inc относятся плазмиды донора и реципиента. Плазмиды делятся на группы в зависимости от того, как выглядит точка начала их репликации, и в одной клетке, как правило, не должно быть плазмид из одной группы: они будут мешать репликации друг друга. Присутствие в среде конкретного антибиотика и его концентрация слабо влияли на частоту конъюгаций, увеличивая ее не более чем в 5 раз по сравнению с контролем. Только у одного штамма она вырастала в 31 раз, если его культивировали в среде с эритромицином либо хлорамфениколом [Jonathan H. Bethke et al. / Science Advances, 2020].

Авторы исследования отмечают, что строение плазмид и в особенности их разделение на группы несовместимости Inc, может в будущем стать важным показателем для оценки вероятности того, с какой скоростью у данной бактерии разовьется устойчивость к антибиотикам. Однако экспериментальные исследования требуют продолжения с целью проверки, выполняются ли у других видов те же закономерности, которые были выявлены в описанном исследовании на примере кишечной палочки.

Ученые предполагают, что, устойчивость к антибиотикам начала развиваться у бактерий задолго до открытия пенициллина человеком, ведь вещества с антибиотическим действием всегда присутствовали в окружающей среде. Вероятно, именно поэтому антибиотикорезистентные микроорганизмы находят, как у представителей изолированных племен и мумий X–XVIII вв, так и в туалете на МКС (в последнем случае это следствие загрязнений бактериями с Земли).

Источник: https://nplus1.ru/news/2020/01/27

Возврат к списку