Новости

Сравнивая тысячи геномов бактерий, ученые проследили историю эволюции генов резистентности к антибиотикам.    Почти во всех случаях, когда происхождение можно было определить, ген начал распространяться от патогенных бактерий. Важную роль в этом процессе играют мобильные гены резистентности, приобретенные посредством горизонтального переноса генов. Понимание того, из каких бактериальных таксонов эти гены были получены и имеют ли их таксоны происхождения общие черты, имеет решающее значение для прогнозирования того, какие условия способствуют появлению новых генов устойчивости.    Быстрый прогресс в секвенировании ДНК за последнее десятилетие сделал возможным изучение эволюции бактерий намного эффективнее, чем когда-либо прежде. Это важная предпосылка нового исследования, опубликованного в Communications Biology https://www.nature.com/article....    Литература, посвященная происхождению генов устойчивости, является разрозненной и основана на доказательствах различного качества. Исследователи из Гётеборга изучили научную литературу на предмет происхождении генов устойчивости к антибиотикам, добавив информацию из общедоступных баз данных ДНК и тщательно изучили имеющиеся данные. В то время как часто утверждается, что бактерии, производящие антибиотики являются источником генов устойчивости к антибиотикам (в качестве средства самозащиты), ученые обнаружили, что это не совсем соответствует действительности. Ни один из выявленных видов происхождения генов резистентности не был выявлен у бактерий-производителей антибиотиков. При этом все верифицированные виды происхождения, за исключением одного, известны как возбудители заболеваний, по крайней мере, время от времени.   Профессор Йоаким Ларссон, старший автор исследования и директор Центра исследований антибиотикорезистентности при Гётеборгском университете, Кэр, комментирует результаты находки:"Учитывая, что подавляющее большинство бактерий безвредны для нас, было весьма удивительно, что гены резистентности почти исключительно произошли от патогенных бактерий. С другой стороны, в этом есть некоторый смысл, так как такие бактерии часто вызывают использование антибиотиков, когда мы заболеваем, а другие патогенные микроорганизмы часто находятся поблизости, готовые к передаче генов. Эти данные подтверждают также, что богатая микробами кишечная флора человека и домашних животных получает антибиотики в качестве арены для эволюции резистентности", - говорит он.   Знание того, откуда берутся гены резистентности, может дать информацию о мерах по задержанию появления дополнительных генов резистентности в клиниках. Важно отметить, что авторы пришли к выводу, что происхождение до сих пор неизвестно для более чем 95% всех известных генов устойчивости."Скорее всего, большинство из них происходят от еще не секвенированных видов бактерий. Нам известно большинство видов, которые часто обитают в кишечнике или на коже людей и домашних животных. Это указывает на важную роль гораздо менее изученного генного резервуара - экологической микробиоты. Роль окружающей среды как вероятного источника устойчивости к антибиотикам также подчеркивает необходимость снижения рисков развития устойчивости в окружающей среде, например, путем ограничения сброса антибиотиков в сточные воды", - говорит Ларссон.

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.