Коллективная резистентность

В статье Защита кольца, в которой мы поговорили об истории изобретения пенициллина и механизмах бактериальной устойчивости к нему, я использовал не самую актуальную классификацию бета-лактамаз, на что мне указал один из наших читателей.

Вот, знаете, я очень люблю медицинские классификации и определения. Не знаю, как в других науках, а в медицине, без знания классификаций делать нечего. Особенно в институте. Их правда постоянно переписывают, но это совершенно не меняет их святости в каждый конкретный момент времени.

Однако, Природа, как я уже раньше говорил, в академиях не обучалась, и на наши классификации ей по-фигу, извините. Хороший тому пример привели ученые из США, Голландии и Швейцарии, опубликовавшие в PLOS One конце декабря результаты экспериментальной работы, изучившей взаимодействие антибиотико-чувствительных и -резистентных бактерий в условиях воздействия антибиотика. Забегая вперед, скажу, что речь не о плазмидах и прочих горизонтальных переносов генов устойчивости.

Возвращаясь к классификациям и определениям, антибиотико-резистентные бактерии – это те, что приобрели способность защищаться от воздействия антибиотиков, например, получили бета-лактамазы, разрушающие бета-лактамное кольцо антибиотиков класса пенициллинов, цефалоспоринов, пенемов, карбапенемов и монобактамов. Так? Так.

А антибиотико-чувствительные бактерии – это те, что не приобрели таких способностей. Очень хорошо. Где больше всего резистентных бактерий? Там, где больше всего лекарств, самих бактерий и их носителей, то есть в больнице. Когда нам рассказывают пугалки про мульти-резистентные штаммы, то имеют в виду нозокомиальные (внутрибольничные) инфекции. В развитых странах бывает так (особенно в реанимациях), что из-за мультирезистентности лечить-то то уже и нечем.

С этим тоже всё понятно. Но время от времени появляются публикации, в которых говорится, что в больницах у пациентов, которым не помогает ни один антибиотик, высеиваются антибиотико-чувствительные штаммы. Меня давно интересует вопрос – если применение антибиотиков оказывает на бактерии селектирующее действие, дающее преимущество резистентным штаммам, то могут ли резистентные штаммы «превратиться» обратно в чувствительные, если долгое время антибиотики им не давать?

Ответа я пока не нашел. Но исследование в PLOS One прошло где-то рядом. Ученые использовали бактерии Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus и стандартный бактериостатический (это значит, что он останавливает рост бактерий) антибактериальный препарат хлорамфеникол (Cm). Части бактерий они ввели ген, кодирующий фактор резистентности против Cm – Cm-ацетилтрансферазу (CAT), а часть оставили без этого фактора, то есть сохранили им чувствительность к Cm.

Фактор резистентности CAT ковалентно связывает ацетильную группу, взятую у ацетил-коэнзима А, с хлорамфениколом внутри бактерии и мешает антибиотику провзаимодействовать со своей мишенью – рибосомой бактерии. Таким образом, бактерии, научившиеся продуцировать CAT, могут инактивировать этот антибиотик внутри самих себя. Такую ситуацию и смоделировали ученые при помощи генетической модификации S. pneumoniae.

А дальше исследователи инкубировали Cm-чувствительные и Cm-резистентные бактерии вместе, добавляя в их среду хлорамфеникол (Cm). Как и ожидалось, в присутствии Cm рост чувствительных бактерий остановился, а резистентные бактерии продолжили рост.

Однако, через некоторое время концентрация антибиотика в среде начала уменьшаться, и с этого момента рост чувствительных бактерий продолжился.

Откуда эффект, и куда делся антибиотик? Все просто – резистентные бактерии захватывали Cm, инактивировали его внутри себя и таким образом потихоньку переварили. Антибиотика в среде становилось все меньше, а чувствительным к нему бактериям от этого было всё легче.

Поэтому в какой-то момент они начали расти. Этот эффект было «дозо-зависимым»: чем больше резистентных бактерий присутствовало в лунке в начале – тем быстрее восстанавливался рост чувствительных бактерий.

Дальше исследователи решили проверить возможна ли подобная кооперация между разными видами – Cm-чувствительными S. pneumoniae и Cm-резистентным CAT-положительным S.aureus. Эти две бактерии частенько соседствуют на слизистых верхних дыхательных путей и доставляют массу хлопот.

Этот эксперимент интересен еще и тем, что два разных вида, обитающих в одном месте, должны обладать инструментами для взаимной конкуренции. Два вида бактерий перемешали друг с другом в одинаковых пропорциях и поместили в среду с Cm, и дали расти.

Сначала в рост пошли золотистые стафилококки (зеленые на кадрах люминесцентной микроскопии внизу), а Cm-чувствительные стрептококки (черненькие) не росли. Однако, уже через 8 часов начался рост чувствительных к антибиотику бактерий, которые начали формировать микроколонии.

Рост чувствительных бактерий продолжился, и через 12 часов после начала их количество уже превысило количество Cm-резистентного золотистого стафилококка. Контрольные эксперименты показали, что в отсутствии S.aureus, Cm-чувствительные стрептококки расти не могли.

Следующие эксперименты ученые перенесли на мышей. Они использовали модель пневмонии: часть мышей эндотрахеально заразили только Cm-чувствительными S.pneumoniae, а часть — миксом чувствительных и резистентных (в соотношении 1:1).

Через 24 часа после заражения у животных брали материал из легких и сравнивали количество выживших бактерий. У тех животных, кто в течение суток не получал хлорамфеникол (Cm), соотношение живых чувствительных (Cms) и резистентных (Cmr) клеток было одинаковым.

Среди животных, получавших лечение Cm, эффект получился такой:

  • У зараженных только Cms-бактериями – количество живых клеток резко уменьшилось
  • У зараженных миксом – количество живых бактерий почти не изменилось

Но самое примечательное в том, что у 6 из 14 животных, зараженных миксом, лечение хлорамфениколом (Cm) привело к резкому смещению баланса чувствительных и резистентных бактерий в пользу чувствительных, то есть бактерий, которые, по идее, не должны были расти.

Таким образом, эксперименты на мышах подтвердили гипотезу, что в миксе бактерий, чувствительных и резистентных к одному и тому же антибиотику, возникает особый синергизм, пародоксальным образом сохраняющий и приумножающий чувствительные к антибиотику бактерии.

И вот теперь пусть любители медицинских классификаций и определений скажут мне – эта смесь бактерий антибиотик-чувствительная или антибиотик-резистентная? Можно перенести вопрос и в практическое поле: представим пациента, у которого ткани колонизированы бактериями, способными разрушать определенный антибиотик, но не вызывающими заболевание, а также колонизированы патогенными бактериями, вызывающими заболевание, но не способными разрушать этот антибиотик. В такой ситуации – имеет ли смысл назначать этот антибиотик, или непатогенные бактерии разрушат его, защитив, таким образом, патогенные?

Получается так, что бактерии, относящиеся к разным классифицируемым типам, в реальной жизни могут создавать сложные кооперации, свойства которых не вполне соответствуют нашим представляем о каждом из этих типов в отдельности. Мы же представляли, что резистентность дает преимущества в росте в соответствии с принципами естественной и искусственной селекции, а получается, что более развитый признак (резистентность) может дать преимущество менее развитому признаку (чувствительности), что не очень типично для эволюции.

Сложно устроена жизнь, правда?

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Sorry that something went wrong, repeat again!

4комментария

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
Кирилл

Попробовать давать неметаболизируемый антибиотик? Не все же виды устойчивости предполагают разрушение молекул. Просто увеличить дозировку/частоту введения так, чтобы концентрация оставалась значительной?
Пока задача не выглядит такой уж хитрой.

2
лечение хлорамфениколом (Cm) привело к резкому пропорции чувствительных и резистентных бактерий

похоже, перед "пропорции" какое-то слово пропущено.

Автор3
Андрей Саватеев

Спасибо, исправил

4

Сложно устроена жизнь, правда?

Чем больше узнаёшь, тем больше всё усложняется 🙂 Наверно поэтому до сих пор обсуждается вопрос: медицина - это больше наука или искусство?