Ахиллесова пята бактерий, устойчивых к антибиотикам
Чтобы бороться с обостряющимся кризисом устойчивости к антибиотикам, исследователи глубже изучают биологические механизмы, лежащие в основе выживания бактерий. Новое исследование, проведенное профессором Гюролом Сюэлем из Калифорнийского университета в Сан-Диего совместно с сотрудниками из Университета штата Аризона и Университета Помпеу Фабра в Испании, выявило уязвимость у бактерий, устойчивых к антибиотикам. В центре их исследования была Bacillus subtilis, бактерия, известная своей способностью вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Центральным вопросом, движущим их исследование, было то, почему мутантные бактерии с признаками устойчивости к антибиотикам автоматически не доминируют в своих популяциях. Хотя наличие гена устойчивости к антибиотикам теоретически должно давать бактерии преимущество в выживании, эти мутанты не обязательно вытесняют неустойчивые варианты. Команда обнаружила, что устойчивость не является бесплатным пропуском к неконтролируемому росту. Вместо этого она имеет скрытые издержки, а именно физиологическое ограничение, которое не позволяет этим устойчивым штаммам стать доминирующими. Результаты были опубликованы в журнале Science Advances, и они показали, что устойчивость к антибиотикам налагает метаболическую нагрузку. Это открытие особенно важно, поскольку оно предлагает новый способ решения проблемы устойчивости к антибиотикам, который не полагается на традиционные препараты или вредные химикаты. Вместо того чтобы пытаться убить устойчивые бактерии, ученые могли бы использовать эти метаболические издержки, чтобы ограничить их рост. В основе их исследования лежала роль рибосом в бактериальных клетках. Рибосомы, молекулярные машины, ответственные за синтез белка, полагаются на ионы магния для правильного функционирования. Однако устойчивые бактерии посредством генетических мутаций создают варианты рибосом, которые непропорционально конкурируют с молекулами аденозинтрифосфата (АТФ) за ионы магния. АТФ является основным источником энергии для бактериальных клеток. Эта конкуренция за магний между рибосомами и АТФ приводит к физиологическому невыгодному положению для устойчивых бактерий. В случае Bacillus subtilis мутировавший вариант рибосомы под названием «L22» больше затрудняется этой конкуренцией, чем обычная, неустойчивая рибосома. Исследователи обнаружили, что это истощение магния замедлило рост устойчивых штаммов, не дав им обогнать популяцию, как ожидалось. Это говорит о том, что ограничение магния может быть использовано в качестве стратегии подавления устойчивых к антибиотикам бактерий. «Хотя мы часто думаем об устойчивости к антибиотикам как о главном преимуществе для выживания бактерий, мы обнаружили, что способность справляться с ограничением магния в их среде более важна для размножения бактерий», — сказал Зюэль. Открытие команды открывает возможность нацеливания магния в бактериальной среде для избирательного подавления устойчивых штаммов, оставляя неустойчивые бактерии незатронутыми. Один из потенциальных методов может включать хелатирование ионов магния, которое по сути связывает и удаляет магний, лишая устойчивые бактерии этого критического ресурса. Кроме того, это исследование дополняет растущий массив исследований, ищущих немедикаментозные решения глобальной проблемы устойчивости к антибиотикам. Ранее в октябре Зюэль и его коллеги из Чикагского университета представили биоэлектронное устройство, которое использует электрическую активность бактерий на коже человека для борьбы с инфекциями. Этот подход, доказавший свою эффективность против Staphylococcus epidermidis (распространенного источника внутрибольничных инфекций), является еще одним примером того, как мы можем управлять бактериальной устойчивостью, не полагаясь на традиционные антибиотики. Как отмечает Зюэль, чрезмерное использование и широкое распространение антибиотиков привели к ужасной ситуации, когда новые эффективные антибиотики становятся все более редкими. «У нас заканчиваются эффективные антибиотики», — предупредил он, «а их безудержное использование на протяжении десятилетий привело к распространению антибиотиков по всему миру, от Арктики до океанов и наших грунтовых вод». Потребность в инновационных немедикаментозных альтернативах никогда не была более острой, и это новое исследование предлагает многообещающий путь для контроля устойчивых к антибиотикам бактерий.
Комментарий обозревателя SuppBase Элис Уинтерс
Исследование, проведенное профессором Зюэлем и его коллегами, является захватывающим примером того, как научные изыскания смещаются в сторону более сложных, нефармакологических решений глобального кризиса в области здравоохранения. Хотя антибиотики на протяжении десятилетий были краеугольным камнем современной медицины, их чрезмерное использование теперь привело к появлению резистентных бактерий, что делает потребность в альтернативных методах лечения более насущной. Центральное понимание этого исследования — что резистентность к антибиотикам имеет метаболические издержки — может стать переломным моментом. Оно меняет парадигму с попыток опередить резистентность бактерий с помощью все более мощных препаратов на понимание и использование естественных ограничений этих бактерий. Идея использования ограничения магния в качестве селективного метода подавления резистентных бактерий является как новой, так и убедительной. Она использует собственную биологическую уязвимость бактерий, что может привести к высокоцелевым, менее вредным методам лечения, которые не способствуют циклу резистентности. Однако, каким бы многообещающим ни был этот подход, важно сохранять осторожность. Например, использование хелатирования магния может иметь непреднамеренные последствия для среды хозяина. Магний является важнейшим элементом во многих биологических процессах у людей и других животных, поэтому вмешательства, нацеленные на него, должны быть тонко настроены, чтобы не нарушить более широкую микробную экосистему. Для оценки безопасности и практичности этих методов потребуются дальнейшие исследования. В более широком контексте борьбы с устойчивостью к антибиотикам это исследование предлагает освежающую альтернативу традиционным подходам. Сосредоточившись на экологических и физиологических факторах, которые лежат в основе выживания бактерий, а не нацелившись непосредственно на сами бактерии, исследователи, возможно, открыли новое оружие в борьбе с супербактериями. Однако это следует рассматривать как часть более масштабной многогранной стратегии, включая изменения в том, как антибиотики назначаются и используются во всем мире, расширение исследований альтернативных методов лечения и возобновление внимания к профилактике инфекций в первую очередь. Поскольку ученые продолжают изучать эти безмедикаментозные методы, есть надежда, что они дополнят существующие антибиотики, а в некоторых случаях даже заменят их. Следующие шаги будут включать перевод этих лабораторных результатов в реальные методы лечения, которые можно будет протестировать в клинических условиях. В случае успеха это может стать поворотным моментом в борьбе с одной из самых острых проблем общественного здравоохранения нашего времени.
