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

Извините, для комментирования необходимо войти.

4 комментария

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1
Сложно устроена жизнь, правда?

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

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

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

Автор3

Спасибо, исправил

4
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.