Эксперты из геномного Института Уэллкома Сэнгера, Университета Бата, Агентства безопасности здравоохранения Великобритании (UKHSA) и их коллеги установили генетических виновников, ответственных за распространение множественной лекарственной устойчивости у бактерий.
Плазмиды – это переносимые структуры бактерий, позволяющие различным штаммам обмениваться генетической информацией. В этом исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи обнаружили, что небольшая группа плазмид обусловливает большую часть случаев множественной лекарственной устойчивости в мире. В будущем разработка методов воздействия на эти плазмиды может привести к созданию новых методов борьбы с устойчивыми к терапии бактериальными инфекциями во всем мире.
Хотя некоторые бактерии и патогенные грибы являются естественными носителями генов устойчивости к противомикробным препаратам, возникновение и распространение генов множественной лекарственной устойчивости неизменно связывают с применением антибиотиков.
В этом исследовании учёные смогли проанализировать бактериальные образцы, относящиеся к 1917 году, до открытия антибиотиков. Группа обнаружила, что предковые плазмиды, которые впоследствии стали глобальными распространителями генов устойчивости к противомикробным препаратам, изначально не содержали генов устойчивости. Они эволюционировали, приобретая эту устойчивость по мере расширения использования антибиотиков. Их потомки, относительно небольшая группа современных плазмид, теперь обеспечивают устойчивость как к антибиотикам первой линии, так и к антибиотикам последней линии, что делает их серьёзной угрозой для здоровья человека.
Изучив последние 100 лет истории бактерий, группа также разработала модель эволюции плазмид, выделив три различных пути, по которым могут развиваться плазмиды.
Современные плазмиды, содержащие гены множественной лекарственной устойчивости, возникли в результате двух из этих путей. Они либо образовались путём вставки генов устойчивости в существующую плазмидную структуру, либо эти плазмиды образовались в результате слияния с другой плазмидой. Образованные в результате слияния плазмиды также обладают высокой степенью переносимости между различными видами бактерий.
Поскольку эти плазмиды встречаются у множества различных видов бактерий, разработка способов воздействия на них может привести к созданию новых методов лечения для борьбы.
Кроме того, модель, разработанная для объяснения последних 100 лет эволюции, может помочь предсказать, как пройдут следующие 100 лет. Это поможет предсказать вспышки и характер инфекционных заболеваний, чтобы разработать проактивные стратегии защиты.
Доктор Адриан Касарес, первый автор исследования в Институте Уэллкома Сэнгера, отметил: «Плазмиды играют ключевую роль в выживании бактерий под воздействием антибиотиков. Изучая уникальные исторические коллекции, мы узнаём, как плазмиды адаптировались к эпохе антибиотиков, и какой эволюционный путь они прошли, превратив небольшую их часть в глобальные векторы с множественной лекарственной устойчивостью, которые привели к кризису устойчивости к противомикробным препаратам, с которым мы сталкиваемся сегодня. Наши результаты показывают, что широкое применение антибиотиков коренным образом изменило генетический ландшафт плазмид и то, как бактерии борются с антимикробной терапией, и служат напоминанием о том, что наши действия оказывают глубокое и долгосрочное влияние на эволюцию бактерий».
Профессор Замин Икбал, соавтор исследования в Центре эволюции Милнера при Университете Бата, говорит: «Наше исследование объединяет исторические и современные данные, чтобы по-новому взглянуть на эволюционный образ жизни различных плазмид, будь то медленное изменение, полное слияние с другими плазмидами или исчезновение с оставлением генетических фрагментов, которые затем „перерабатываются“ для получения новых деталей. Благодаря нашему исследованию мы можем увидеть влияние использования антибиотиков человеком и тень других селективных сил, которые также бросают вызов бактериям и их плазмидам».
Доктор Сара Александер, руководитель исследования со стороны UKHSA, отметила: «Это новаторское исследование основано на многолетнем и успешном сотрудничестве Национальной коллекции типовых культур (NCTC) и Института Уэллкома Сэнгера. Щедрое пожертвование коллекции Мюррея NCTC позволило нам сохранить эти незаменимые штаммы бактерий. Анализ ДНК наших штаммов показал, как строгие методы сохранения в NCTC гарантировали неизменность бактерий с момента их хранения, даже спустя многие десятилетия. Эти многообещающие результаты помогают нам лучше понять истоки устойчивости к противомикробным препаратам и могут сыграть свою роль в борьбе с глобальным распространением резистентных инфекций в ближайшие годы».
Профессор Ник Томсон, соавтор исследования в Институте Уэллкома Сэнгера, отметил: «Это исследование основано на важной и ведущей роли Великобритании в открытии и разработке антибиотиков для лечения инфекций человека и животных. Мы объединили опыт разных институтов, сотрудничая с старейшим в мире государственным биологическим архивом. Благодаря этому мы смогли использовать уникальные исторические образцы, чтобы проследить молекулярные процессы, лежащие в основе одной из самых серьёзных проблем, с которыми мы сталкиваемся сегодня, — неизлечимых инфекций. Раскрывая правила эволюции плазмид, в будущем можно будет разработать рациональные подходы к борьбе с распространением генов устойчивости к антибиотикам, последствия которых в тот или иной момент затрагивают жизнь каждого из нас».
Источник: Trust Sanger Institute. Автор: Рэйчел Смит.
