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
Экономика падения Берлинской стены Экономика падения Берлинской стены

Поспешная интеграция Восточной Германии в Западную обошлась очень дорого

Монокль
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Купите это немедленно! Купите это немедленно!

Как нас заставляют приобретать ненужные вещи в «черную пятницу»?

Лиза
Невидим, свободен... Невидим, свободен...

Теоретики рассматривали двумерные структуры на основе углерода ещё в XX веке

Наука и жизнь
Одиночество вдвоем или семейное выгорание: как распознать и преодолеть кризис в отношениях Одиночество вдвоем или семейное выгорание: как распознать и преодолеть кризис в отношениях

Живете с партнером под одной крышей, но чувствуете себя одиноко?

VOICE
Видно по глазам: как Хаби Лейм покорил TikTok и стал любимчиком мировых брендов Видно по глазам: как Хаби Лейм покорил TikTok и стал любимчиком мировых брендов

Всего за три года Хаби Лейм стал самым популярным тиктокером, не говоря ни слова

Forbes
Этот всеми любимый напиток повышает риск развития деменции в 3 раза: лучше не злоупотреблять! Этот всеми любимый напиток повышает риск развития деменции в 3 раза: лучше не злоупотреблять!

У людей, употребляющих этот напиток ежедневно, наблюдается снижение памяти

ТехИнсайдер
«Все время чего-то не хватает для счастья»: как перестать гнаться за успехом и начать радоваться тому, что есть «Все время чего-то не хватает для счастья»: как перестать гнаться за успехом и начать радоваться тому, что есть

Как не потерять вкус к жизни в погоне за достижениями?

Psychologies
8 самых интересных фильмов и сериалов с Любовью Аксеновой 8 самых интересных фильмов и сериалов с Любовью Аксеновой

Самые запоминающиеся роли Любови Аксеновой

Maxim
Куда вложить деньги, чтобы они приносили прибыль Куда вложить деньги, чтобы они приносили прибыль

Варианты для инвестиций и пассивного дохода

VC.RU
Гигантские шершни добрались до Европы Гигантские шершни добрались до Европы

Южных гигантских шершней заметили в Испании

N+1
Флаг Чехова Флаг Чехова

«Мелихово» — один из главных музеев, посвященных Антону Чехову

Отдых в России
На пробу На пробу

Как диагностировать туберкулез?

Лиза
Как растения размножаются Как растения размножаются

Почему одни растения плодятся спорами, а другие семенами?

Наука и жизнь
Передовая на передовой Передовая на передовой

«Великая»: байопик легендарной военной корреспондентки Ли Миллер

Weekend
Под кайтом Под кайтом

Как побить мировой рекорд скорости для парусных судов

ТехИнсайдер
15 советов, которые помогут получить повышение 15 советов, которые помогут получить повышение

Как выделиться на фоне коллег и стать по-настоящему ценным сотрудником?

Psychologies
Замуж за друга: 3 непридуманные истории Замуж за друга: 3 непридуманные истории

Как получается, что мы вдруг видим возлюбленного в том, кого считали друзьями?

Psychologies
«Империи норманнов: Создатели Европы, завоеватели Азии» «Империи норманнов: Создатели Европы, завоеватели Азии»

Что гобелен из Байё сообщает о завоевании Англии нормандцами

N+1
Легенды Имандры Легенды Имандры

Что же влечет туристов в место, расположенное среди каменистой тундры и гор

Отдых в России
Лиза Моряк: «Мне нравится снимать маску и быть настоящей» Лиза Моряк: «Мне нравится снимать маску и быть настоящей»

Актриса Лиза Моряк — о материнстве, хейте и любви к удобной одежде

Здоровье
Ар деко и машинки зрения Ар деко и машинки зрения

Как ар деко нарушает законы логики и перспективы

Знание – сила
«Мне нужна была борьба»: как Екатерина Габашвили открывала в Грузии школы для девочек «Мне нужна была борьба»: как Екатерина Габашвили открывала в Грузии школы для девочек

Екатерина Габашвили: грузинская писательница и общественный деятель

Forbes
От Винни-Пуха до биткоина От Винни-Пуха до биткоина

9 вещей, которые запрещены в Китае

Лиза
Человек в темной комнате Человек в темной комнате

Как Леонардо Ди Каприо оказался последней голливудской звездой

Weekend
От нефтеразведки до торговли: как российские компании применяют нейросети От нефтеразведки до торговли: как российские компании применяют нейросети

В каких сферах применяют ИИ и каких результатов удалось добиться?

Inc.
Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой! Как добавить 11 лет своей жизни? Ходьбой!

Каждый час ходьбы может принести до шести лет «дополнительной» жизни

ТехИнсайдер
Через гены к экономической эффективности Через гены к экономической эффективности

В России создается собственная база данных для генотипирования КРС

Агроинвестор
Туда-сюда-издат Туда-сюда-издат

14 историй о том, как писатели пользовались тамиздатом

Weekend
Открыть в приложении