Пытаясь устоять перед антибиотиком, кишечная палочка начинает размножаться в три раза быстрее.
Мы знаем, что антибиотики действуют против бактерий, однако часто бывает так, что бактерии приспосабливаются к антибиотикам. И тогда биологам и медикам приходится искать новые вещества, которые бы действовали на бактерий. Ища такие вещества, крайне полезно знать, как вообще проявляется лекарственная устойчивость, как развивается и от чего зависит.
Исследователи из Эксетерского университета экспериментировали с кишечной палочкой и антибиотиком доксициклином из группы тетрациклинов, которые тормозят на биосинтез белка в бактериальных клетках. Кишечная палочка после обработки доксициклином, как и ожидалось, стала устойчивой к антибиотику, но, кроме того, бактерии начинали расти быстрее, и в результате их колонии оказывались в три раза больше, чем колонии бактерий, не отведавших доксициклина. Способность к ускоренному росту сохранялась и после того, как антибиотик убирали из питательной среды.
Адаптации бактерий к окружающей среде, с ее неблагоприятным фактором – самый наглядный пример того, как работает естественный отбор: благодаря тому, что бактерии размножаются с огромной быстротой, в их популяции довольно скоро закрепляются индивидуумы (если так можно сказать об одноклеточных) с подходящими мутациями, позволяющими выжить в новых условиях.
Вот и сейчас авторам работы удалось найти в геноме доксициклин-устойчивых кишечных палочек две зоны, в которых произошли крупные изменения. Во-первых, бактерии обзавелись дополнительными молекулярными насосами, выкачивающими антибиотик из клетки (впрочем, это «ноу-хау» наблюдали много раз и раньше, и у разных видов микроорганизмов).
Во-вторых, из генома кишечных палочек исчезли куски, соответствующие «спящему» вирусу. Многие вирусы могут встраивать себя в ДНК хозяина, да так в ней и оставаться, переходя из поколения в поколение и пребывая в неактивном состоянии. Вирусные гены могут даже в чем-то пригодиться клетке – например, кишечная палочка с их помощью запускает процесс саморазрушения. Зачем ей это нужно?
Дело в том, что когда бактерии растут на твёрдом субстрате, они формируют так называемые биоплёнки, в которых бактериальные клетки погружены в особое межклеточное вещество – матрикс. Биопленка очень прочно держится на поверхности субстрата и очень устойчива к физическим и химическим воздействиям. Молекулы биопленочного матрикса высвобождаются из разрушающихся клеток, так что, саморазрушаясь, бактерии помогают росту колонии.
Но сейчас кишечных палочек выращивали в жидкой среде, где сформировать биопленку было просто невозможно. Зато, избавившись от вирусных генов саморазрушения, бактерии увеличили «рождаемость»: ведь если клетка не погибла, она начнет делиться и увеличит численность колонии – что особенно своевременно, когда вокруг плавает опасный антибиотик.
Полностью результаты исследований опубликованы в Nature Ecology & Evolution. Конечно, у бактерий есть и другие способы приобрести лекарственную устойчивость и приумножить собственную численность, несмотря на терапию. Однако в некоторых случаях (и особенно – в случае патогенных штаммов кишечной палочки) лечение может стать более эффективным, если мы научимся учитывать обе молекулярно-генетические уловки, о которых только что шла речь.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение