Исследователи из Гарвардской медицинской школы открыли новый аспект развития устойчивости бактерий к антибиотикам.
Работа, результаты которой опубликованы 20 ноября в журнале Science, не только раскрывает принципы эволюционной биологии, но и предлагает новую стратегию борьбы с кризисом устойчивости к антибиотикам, который, по оценкам, ежегодно убивает 1,3 миллиона человек во всем мире. Авторы разработали способ отслеживания эволюции и распространения устойчивости отдельных бактерий к антибиотикам путем измерения конкуренции между плазмидами.
Плазмиды - это самореплицирующиеся генетические элементы, которые находятся отдельно от собственных хромосом бактерии. Хотя теория указывает на то, что внутриклеточный отбор имеет значение для эволюции плазмид, экспериментальное измерение этой динамики остается труднодостижимым. Плазмиды развиваются независимо, но также способствуют эволюции бактерий, в том числе развитию резистентности. На самом деле, они являются основным способом передачи резистентности от одного типа бактерий к другому. Ученые предполагали, что конкуренция между плазмидами внутри бактериальных клеток является ключом к ускорению эволюции плазмид, но до сих пор они не имели способа изучить ее. Авторы исследования решили две задачи.
Во-первых, они создали исходные условия, в которых каждая бактериальная клетка содержала равные пропорции двух плазмид, которые конкурировали бы друг с другом. Во-вторых, они использовали микрофлюидные устройства для выделения отдельных клеток и лучшего распознавания эффектов внутриклеточной конкуренции плазмид. Система позволила ученым обнаружить основные свойства плазмид и бактерий, а также ограничения на их приспособленность и эволюцию. Эти ограничения могут стать основой для новых стратегий, которые препятствуют эволюции плазмид и, таким образом, ограничивают способность плазмид обучаться противостоять антибиотикам, что потенциально может привести к разработке методов лечения опасных для жизни бактериальных инфекций.
"Наше исследование предоставляет новые инструменты для борьбы и предотвращения устойчивости к антибиотикам, используя внутриклеточную конкуренцию между самими мобильными генетическими элементами", - сказал первый автор статьи Фернандо Россин. "С более теоретической точки зрения", добавил он, исследование проливает свет на то, как эволюция протекает на нескольких, иногда противоречивых уровнях, "что является фундаментальным для нашего понимания сложной жизни".
