Скрытая генетическая сложность помогает бактериям развивать устойчивость к антибиотикам различными неожиданными способами ВАШИНГТОН, 9 сентября 2014 г. — Способность болезнетворных бактерий развивать устойчивость к антибиотикам представляет собой растущую угрозу для здоровья человека во всем мире. Теперь ученые обнаружили, что наши микроскопические враги могут быть даже хитрее, чем мы предполагали, способствуя быстрой эволюции путем скрытых генетических изменений в стрессовых условиях и развивая устойчивость к антибиотикам более неожиданными способами, чем мы ожидали. Об этих выводах сообщается в новой статье, опубликованной в журнале Biomicrofluidics, издаваемом Американским физическим обществом. В статье исследователи из Принстонского университета в Нью-Джерси сообщают, как два похожих штамма кишечной палочки, которые они выделили, быстро развили одинаковые уровни устойчивости к антибиотикам благодаря различным генетическим мутациям. Способность использовать различные подходы для решения одной и той же проблемы говорит о том, что бактерии могут разрабатывать разнообразное генетическое оружие для борьбы с антибиотиками, что делает их более устойчивыми и, таким образом, снижает вероятность их уничтожения. «Бактерии умны — у них есть множество скрытых способов борьбы со стрессом, включая изменение своих геномов», — сказал биофизик из Принстона Роберт Остин, возглавлявший исследовательскую группу. Осознание того, насколько эффективно бактерии борются с наркотиками, заставляет задуматься, сказал Остин. «Это учит нас, что мы должны быть более осторожными и внимательными в использовании антибиотиков, чем сейчас». Остин и его коллеги специально работали над теорией создания уникальных, заполненных жидкостью микроструктур для обнаружения эволюции бактерий. Они хотели создать инструменты, которые, по их мнению, лучше имитировали бы естественную микросреду. Команда использовала специальный микрофлюидный прибор, который содержит около 1 000 связанных микросреды для роста бактериальных популяций. Прибор создает сложные градиенты пищи и антибиотиков, аналогичные тем, которые встречаются в естественной среде обитания бактерий, например, в пищеварительном тракте и других внутренних структурах человеческого организма. «Развитие устойчивости бактерий в сложных средах происходит гораздо быстрее и сложнее, чем в экспериментах в пробирке», — говорит Остин. В предыдущих экспериментах с использованием микроструктурных приборов исследователи выяснили, что некоторые обычные штаммы E. coli дикого типа могут быстро развивать устойчивость. Другой мутантный штамм, названный GASP, размножается быстрее, чем штаммы дикого типа, в условиях ограниченного количества питательных веществ, и исследователи хотели узнать, разовьет ли мутантный штамм тот же тип устойчивости, что и штаммы дикого типа, при воздействии тех же антибиотиков. Проведя секвенирование геномов колоний дикого типа и мутантных штаммов GASP, подвергшихся воздействию антибиотика ципрофлоксацина (Cipro), исследователи обнаружили, что различные генетические варианты могут привести к схожим уровням устойчивости. Например, появились два различных мутантных штамма GASP: штамм GASP с лекарственной устойчивостью, который развился путем «заимствования» фрагментов ДНК из инфицирующего вируса, чтобы стать штаммом, которому не требуется биопленка для выживания в условиях внешнего стресса. Другой штамм GASP, устойчивый к лекарствам, не «привился» таким образом, но в конечном итоге развил устойчивость несколькими другими способами. Вирусы обычно вводят свою ДНК в бактерии, и эта ДНК иногда перестает функционировать для вирусной репликации. Обычно эти фрагменты ДНК не являются ни полезными, ни устойчивыми для бактерий, но в стрессовых условиях бактерии могут использовать новую ДНК для быстрого развития мутаций, устойчивых к лекарствам. Результаты исследователей подтверждают разнообразие и хитрость способов борьбы бактерий со стрессовой средой, сказал Остин. Он хочет узнать больше о том, имеют ли эффективные методы, которые мы используем для уничтожения бактерий, например, дезинфекция поверхностей спиртом, также свои уязвимые места, и его команда планирует проверить, могут ли бактерии выработать устойчивость к спирту в своем аппарате.