Важный и до сих пор остающийся без ответа вопрос заключается в том, как возникают новые гены, вызывающие резистентность к антибиотикам.
В новом исследовании шведские и американские исследователи показали, что новые гены, вызывающие резистентность, могут возникать из совершенно случайных последовательностей ДНК. Результаты были опубликованы в журнале PLOS Genetics https://journals.plos.org/plos....
Горизонтальный перенос является доминирующим механизмом распространения генов резистентности между бактериями, но о первоначальном появлении генов резистентности известно мало. Эти гены кодируют белки, которые могут привести к резистентности путем: (i) деактивации антибиотика, (ii) снижения его концентрации или (iii) изменения мишени антибиотика таким образом, чтобы антибиотик больше не мог связываться с этой мишенью и, следовательно, остановить рост бактерии. Как только возникают гены резистентности, они могут быстро распространяться между различными патогенными бактериями и снижать эффективность антибиотиков. Поэтому важно как можно быстрее обнаружить и охарактеризовать новые гены резистентности - для того, чтобы следить за ее распространением и для улучшения терапии и разработки новых антибиотиков.
В лабораторных экспериментах исследователи изучали возможность генерации гена резистентности из случайных последовательностей ДНК, что могло бы привести к возникновению резистентности к антибиотикам. Сначала это было сделано путем моделирования почти миллиарда случайных последовательностей ДНК, которые затем помещались на плазмиду в Escherichia coli.
Эти случайные последовательности ДНК затем были экспрессированы в бактериальной клетке в виде коротких пептидов. В то время как большинство из этих пептидов вообще не оказывали никакого воздействия на бактерию, шесть различных пептидов оказывали воздействие, в результате чего бактерия стала резистентной к колистину, антибиотику, который используется при тяжелых инфекциях для уничтожения бактерий путем связывания с их клеточной мембраной и ее разрушения. Эти пептиды вызвали резистентность, увеличивая экспрессию генов, участвующих в модификации клеточной мембраны бактерии. Затем модификация клеточной мембраны привела к тому, что антибиотик не смог связаться с клеточной мембраной и, таким образом, не смог уменьшить жизнеспособность бактерии.
"В настоящее время мы показали в двух различных исследованиях, что случайные последовательности аминокислот могут привести к появлению новых функций, полезных для бактерии, таких как антибиотикорезистентность. Это говорит о том, что эволюция новых функций из случайных последовательностей ДНК не так необычна, как считалось ранее", - говорит Дэн И. Андерссон, профессор медицинской бактериологии и руководитель исследования.
Важный вопрос, который остается без ответа и требует дальнейшего изучения, заключается в том, присутствуют ли эти новые гены естественным образом в бактериях или их можно наблюдать только в лабораторных экспериментах.
