Исследователи из Индийского института науки, изучающие микробные взаимодействия в почве, показали, что смерть и разложение хищной бактерии приводит к процветанию других почвенных бактерий, которые вырабатывают в результате устойчивость к антибиотикам. Работа опубликована в журнале Current Biology.
Устойчивость бактерий к антибиотикам не обязательно связана с деятельностью человека
Исследователи из Индийского института науки, изучающие микробные взаимодействия в почве, показали, что смерть и разложение хищной бактерии приводит к процветанию других почвенных бактерий, которые вырабатывают в результате устойчивость к антибиотикам.
Myxococcus xanthus — хищная слизистая бактерия — образует плодовые тела, когда сталкивается с голодом. Samay Pande et al.
Среди бактерий идет вечная война, и в этой войне используются метаболиты, которые очень похожи по своему действию на антибиотики. Бактерии эволюционируют, защищаясь от них. Так что необязательно только загрязнение позволяет бактериям становиться супербактериями, на которые не действуют антибиотики.
Myxococcus xanthus — хищная слизистая бактерия. В почве по всему миру M. xanthus нападает на свою микробную добычу и массово ее убивает. Но когда исследователи ввели M. xanthus в образцы почвы и дали ей умереть, они обнаружили быстрое развитие и размножение бактерий, устойчивых к таким препаратам, как тетрациклин и рифампицин.
«Мы думали, что загрязнили чашки Петри», — говорит Самай Панде, эволюционный биолог, возглавлявший исследование. — «Но мы продолжали видеть тот же результат».
Myxococcus xanthus.
Повторные эксперименты подтвердили этот результат: распад клеток M. xanthus — процесс, называемый лизисом, — высвобождает коктейль из биомолекул, включая белки и фосфодиэфирные соединения, которые воздействуют на другие бактерии.
Не только загрязнение
Результаты исследования ставят под сомнение, что устойчивость к противомикробным препаратам в окружающей среде в основном обусловлена загрязнением сточных вод, фармацевтическими отходами или сельским хозяйством. Вместо этого команда показывает, что естественная экологическая динамика может способствовать устойчивости без вмешательства человека.
Схема исследования.
«Это добавляет новое измерение к тому, как мы думаем об устойчивости к противомикробным препаратам в дикой природе», — сказал Гаурав Шарма, вычислительный микробиолог из IIT Хайдарабада, изучающий миксобактерии.
В контролируемых почвенных микробных сообществах исследователи отслеживали сдвиги с течением времени, используя как культивирование, так и метагеномику. После того, как M. xanthus был введен и ему дали умереть, число бактерий, устойчивых к антибиотикам, резко возросло у самых разных видов почвенных бактерий.
Химический анализ подтвердил наличие в лизированной бактериальной смеси веществ, которые M. xanthus обычно использует для уничтожения своей добычи. Похоже, что это явление дает устойчивым штаммам преимущество в выживании.
Не все штаммы M. xanthus имели одинаковый эффект. Только те, у которых было большое количество кластеров биосинтетических генов — генетических чертежей для производства токсичных молекул, — привели к росту устойчивости. Это может означать, что определенные линии хищников могут быть более мощными драйверами устойчивости, чем другие.
Хотя M. xanthus является наиболее изученной миксобактерией, поскольку ее легко выращивать в лабораторных культурах, многие другие виды Myxococcus обитают в почвах и водоемах по всему миру. Команда выявила еще несколько видов, которые могут производить новые, неизвестные соединения, потенциально влияющие на динамику почвенных микробов. «Мы хотим экспериментально подтвердить эти прогнозы, но нам нужно выяснить, как культивировать другие виды Myxococcus», — говорит Шарма.
Выводы очень важны. Если природные циклы могут поддерживать или распространять гены устойчивости в окружающей среде, то даже почвы вдали от человеческой деятельности могут стать очагами устойчивости к антибиотикам. «Нам нужно понять след бактерий — на фермах, в лесах, в городах. И расширить наше понимание на другие виды, такие как Streptomyces», — говорит Шарма.