Проблема устойчивости бактерий к антибиотикам стала очень острой

Наука и жизньНаука

Временно спящие: как бактерии скрываются от антибиотиков

Так выглядит биоплёнка бактерий Staphylococcus epidermidis под электронным микроскопом.

В последние десятилетия проблема устойчивости бактерий к антибиотикам стала очень острой. Однако на фоне пандемии коронавируса интерес к этой теме несколько упал, хотя ситуация с антибиотикорезистентностью лишь усложняется: бактерии, которые приобретают устойчивость к одному антибиотику, зачастую становятся резистентными и к другим антибиотикам того же класса.

Сейчас поиск новых классов антибактериальных препаратов сильно замедлился. В предыдущие 15 лет был введён в практику лишь один новый класс антибиотиков, и то против грамположительных бактерий, а новый класс антибиотиков широкого спектра действия последний раз был открыт ещё в 60-е годы прошлого века. Разработка новых антибактериальных препаратов стала попросту невыгодна, поскольку на их поиск тратится уйма времени и денег, тогда как потерять эффективность они могут всего за пару лет.

Но даже если удастся открыть «абсолютный» антибиотик, к которому не будет вырабатываться резистентность, бактерии всё равно периодически смогут избегать его действия, просто входя в метаболически неактивное состояние. Такое состояние называется персистенцией (от англ. «persistent» — устойчивый).

Вернуться к жизни

В 1942 году двое учёных — американский микробиолог Глэдис Хобби и ирландский врач Джозеф Биггер — независимо друг от друга заметили рост убитой пенициллином культуры Staphylococcus aureus после пересева на новую среду без антибиотика. То есть после обработки пенициллином бактериальные клетки разрушались, но после пересева на чистую среду культура, которая должна была погибнуть, вновь образовывала колонии благодаря небольшой популяции выживших, но не обладающих резистентностью клеток. Иными словами, некоторые клетки входили в такое состояние, в котором пенициллин их не убивал, а затем выходили из него и размножались. Однако после новой обработки пенициллином образовавшаяся культура опять погибала.

Феномен персистенции имеет совершенно другие механизмы, нежели устойчивость бактерий к антимикробным препаратам. Персистенция — это неспецифический механизм, то есть способ защиты от большого количества разнообразных повреждающих факторов. Она может активироваться спонтанно или в ответ на различные стрессовые факторы окружающей среды.

Резистентность же вырабатывается против конкретного антибиотика. Возникает она благодаря случайным мутациям бактериальной клетки, приводящим к модификации мишени антибиотика, инактивации самого антибиотика или более активному его выбросу из бактериальной клетки. Резистентность передаётся по наследству: все потомки такой бактерии смогут жить и размножаться в присутствии антибиотика.

Персистенция — это что-то вроде спящего состояния бактерий. Клетка живёт, но остаётся неактивной, ничего не потребляет и не выделяет, а значит, лишена активных мишеней для действия антибиотиков. Но как только бактерия выходит из такого состояния и начинает делиться, антибиотик вновь способен её уничтожить.

Персистенция свойственна абсолютно всем протестированным на данный момент бактериям, и при благоприятных условиях многие культуры имеют небольшую (1—3%) долю персистеров, биологический смысл которых — сохранение популяции в случае изменения условий окружающей среды. Какие гены участвуют в персистенции, определить бывает трудно. Дело в том, что очень много генов «ответственны» одновременно не только за персистенцию, но и за множество других функций, и эти гены нельзя просто удалить и посмотреть, сохранится ли способность клетки персистировать, так как в ней будут нарушены и другие процессы.

Различие между резистентными и персистентными клетками. В случае резистентности выживают только мутантные бактерии, которые нечувствительны к антибиотику. В дальнейшем они размножаются и образуется резистентная популяция. В случае персистенции выживают обычные клетки, временно находящиеся в «спящем» состоянии. Клетки могут выйти из персистенции в разное время, однако выживут и размножатся лишь те, которые перестанут персистировать после окончания антибиотикотерапии. Затем они вновь сформируют популяцию, которая будет так же чувствительна к антибиотику, как и изначальная. Рисунок Анны Кузнецовой

Механизмов перехода обычной клетки в метаболически неактивное состояние много, они избыточны и могут дублировать друг друга, что подтверждает важность персистенции в жизни бактерий. На данный момент основным способом входа в персистентное состояние считается активация системы токсин-антитоксин (ТА-система). Токсинами в этом случае выступают стабильные молекулы, которые нарушают такие важные функции клетки, как транскрипция (считывание информации с ДНК) и трансляция (синтез белка). Бактерии синтезируют такие токсины внутри себя для саморегуляции, но обычно их нейтрализует антитоксин, образующий с токсином неактивный (то есть не способный вступать ни в какие биохимические реакции) комплекс. Поскольку токсины задерживают клеточный рост и таким образом снижают активность мишеней для антибиотиков, они вносят свой вклад в образование персистеров. Получается, что бактерии могут образовывать меньше антитоксина, в результате чего токсин будет замедлять метаболизм и вводить клетку в неактивное состояние.

Как же исследовать персистенцию, если в её образовании могут принимать участие огромное количество разных токсинов? Для начала исследователи попытались выделить бактерии, образующие персистентные клетки чаще, нежели обычная популяция. Это привело к получению hip-мутанта E. coli (hip — сокр. от англ. high persistence) hipA7, который проявлял в 100—1000 раз большую частоту образования персистеров, чем родительский штамм. Впервые этот мутант получили Харрис Мойед и Кевин Бертран из Калифорнийского университета, о чём в 1983 году у них вышла статья в «Journal of Bacteriology». У обычных бактерий ген hipA кодирует токсин, а hipB — антитоксин. Но у hip-мутантов ген hipA мутировал, и продукт больше не обезвреживается антитоксином, что способствует образованию персистентных клеток.

Подобных мутантов стали искать в биологическом материале больных хроническими инфекциями и выделять из клинических изолятов (то есть из чистой культуры) бактерий Pseudomonas aeruginosa. Впоследствии в лабораториях стали получать других мутантов, которые тоже часто образуют персистеры, однако неизвестно, встречаются ли подобные лабораторные мутанты в клинике и не являются ли такие искусственные механизмы повышенного образования персистеров артефактами, и на самом деле в природе не встречающимися.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника Как перестать бороться с сорняками и превратить врага в союзника

Ещё вчера трава была вашим врагом, а сегодня это ваш друг и лучший помощник!

Наука и жизнь
Зигзаг удачи Зигзаг удачи

Три личные и искренние истории поисков и открытий себя

Psychologies
Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал

Город — словно остров в океане времени

Наука и жизнь
Горячие головы Горячие головы

Как позаботиться о прическе с приходом теплого времени года

Лиза
Маленькая и победоносная Маленькая и победоносная

Война между Францией и Пруссией стала триумфом Бисмарка

Дилетант
«Конец мира — это только начало: Экономика после краха глобализации» «Конец мира — это только начало: Экономика после краха глобализации»

Как деглобализация повлияет на важнейшие промышленные материалы

N+1
Иллюзионист Иллюзионист

Формула одного проекта

Автопилот
Лучшие фильмы ужасов по мотивам детских сказок Лучшие фильмы ужасов по мотивам детских сказок

От Вия до головореза Винни Пуха — лучшие фильмы, чтобы ваши дети росли заиками

Maxim
Сила граната: природное соединение в его составе может помочь в лечении болезни Альцгеймера Сила граната: природное соединение в его составе может помочь в лечении болезни Альцгеймера

Гранат может улучшить память и сделать лечение болезни Альцгеймера эффективнее

ТехИнсайдер
Порочная прибыль Порочная прибыль

Как экономика Макао стала самой быстрорастущей в мире

Деньги
Технологии для людей: кто и как создает бионические протезы в России Технологии для людей: кто и как создает бионические протезы в России

Как выглядит рынок бионических протезов в России

Inc.
The Doors для сглаживания танинов и Дебюсси для усиления свежести. Как музыка меняет вкус вина The Doors для сглаживания танинов и Дебюсси для усиления свежести. Как музыка меняет вкус вина

Почему сомелье предпочитают проводить дегустации в тишине?

СНОБ
Канны-2024: красота открывает и закрывает двери Канны-2024: красота открывает и закрывает двери

Некоторые из числа самых успешных фильмов Каннского конкурса

РБК
Как по нотам Как по нотам

Никола Мельников об источниках вдохновения и подходе к пониманию искусства

Men Today
Не меньше 30% в парламенте: почему участие женщин в политике должно стать рутиной Не меньше 30% в парламенте: почему участие женщин в политике должно стать рутиной

Почему женщины в политике должны перестать быть исключениями из правил

Forbes
Чем полезна черемша: 5 свойств Чем полезна черемша: 5 свойств

Черемша — суперфуд, который можно есть не только в маринованном виде

РБК
Как сила воли влияет на наши решения Как сила воли влияет на наши решения

Как и зачем тренировать силу воли?

Psychologies
Рейтинг для чемпионов Рейтинг для чемпионов

Рейтинг топовых российских спортсменов, чьи выступления не теряют актуальности

Men Today
Как на телефоне обрезать музыку: приложения и онлайн-сервисы Как на телефоне обрезать музыку: приложения и онлайн-сервисы

Из любого трека можно сделать рингтон, но как обрезать музыку для звонка?

CHIP
9 альтернатив Jeep Wrangler 9 альтернатив Jeep Wrangler

Jeep Wrangler давно превратился в легенду. Есть ли альтернативы?

4x4 Club
«Это сейчас был сексизм»: как микрофеминизм помогает женщинам бороться за свои права «Это сейчас был сексизм»: как микрофеминизм помогает женщинам бороться за свои права

Что такое микрофеминизм, как он может помочь женщинам в борьбе за равенство?

Forbes
«Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи «Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи

17 вопросов, которые нужно задать себе и партнеру перед росписью

Psychologies
Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов! Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов!

Могут ли помочь средства для домашнего отбеливания зубов?

ТехИнсайдер
Жизнь после измены: как восстановить доверие Жизнь после измены: как восстановить доверие

Как можно восстановить доверие после того, как партнер изменил

Psychologies
«Теща, бобка, грызь» и еще 12 необычных слов из жаргона машинистов паровозов «Теща, бобка, грызь» и еще 12 необычных слов из жаргона машинистов паровозов

Самые смешные выражения из языка железнодорожников 19 века

ТехИнсайдер
Анна Большова: «Сейчас я думаю: «Сколько упущено! Сколько надо было сказать Николаю Петровичу...» Анна Большова: «Сейчас я думаю: «Сколько упущено! Сколько надо было сказать Николаю Петровичу...»

Караченцов был невероятно демократичным, как бы свой парень, душа нараспашку

Коллекция. Караван историй
Как Элишка Юнкова стала гонщицей во времена, когда женщины в тайне учились водить Как Элишка Юнкова стала гонщицей во времена, когда женщины в тайне учились водить

История женщины, которой покорялись самые сложные трассы

Forbes
Инновации, для которых нужно немного сойти с ума Инновации, для которых нужно немного сойти с ума

Как небольшая фирма начала выпускать лазерное оборудование мирового класса

Монокль
Какими видами спорта занимались наши предки-славяне Какими видами спорта занимались наши предки-славяне

Список исконно русских спортивных игр: от аналога хоккея до мордобоя

Maxim
Почти как люди: почему и как растет рынок товаров для питомцев в России и зарубежом Почти как люди: почему и как растет рынок товаров для питомцев в России и зарубежом

Чем обусловлен рост рынка зоотоваров?

Inc.
Открыть в приложении