Сотрудники Института Блаватника, входящего в состав Гарвардской медицинской школы открыли способ изучения развития устойчивости бактерий к антибиотикам. Эта работа не только раскрывает принципы эволюционной биологии, но и предлагает новую стратегию борьбы с кризисом устойчивости к антибиотикам, от которого ежегодно во всём мире умирает около 1,3 миллиона человек. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Разработан метод, позволяющий отслеживать, как изменяются и распространяются гены устойчивости к антибиотикам у конкретных бактерий, посредством оценки конкурентной борьбы между плазмидами.
Плазмиды – это генетические элементы, способные к самостоятельному воспроизводству и находящиеся вне хромосом бактериальной клетки. Они развиваются автономно, оказывая влияние на эволюцию бактерий, в частности, на формирование резистентности к антимикробным препаратам. Фактически, плазмиды – это главный механизм распространения устойчивости между различными видами бактерий.
Исследователи выдвигали предположение о том, что конкуренция между плазмидами в бактериальных клетках является важным фактором в эволюции плазмид, однако не могли предоставить этому убедительных доказательств. Первый автор Фернандо Россине, научный сотрудник, специализирующийся на биомедицинской информатике, вместе со своими коллегами нашел решение, успешно справившись с двумя сложностями.
Первоначально исследователи обеспечили такие условия, при которых в каждой бактериальной клетке было одинаковое число плазмид, находящихся в состоянии конкуренции. После этого для детального изучения влияния внутриклеточной борьбы плазмид они применили микрофлюидные устройства, которые позволили выделить отдельные клетки.
Благодаря системе удалось определить ключевые характеристики и ограничения, влияющие на жизнеспособность и эволюцию плазмид и бактерий. Эти ограничения могут послужить основой для разработки стратегий, направленных на подавление эволюции плазмид и, как следствие, снижение их способности к формированию устойчивости к антибиотикам. Это, в свою очередь, может способствовать созданию методов лечения бактериальных инфекций, представляющих угрозу для жизни.
«По словам Россине, полученные в ходе исследования данные предоставляют новые возможности для противодействия антибиотикорезистентности и её предупреждения, основанные на использовании внутриклеточной конкуренции между мобильными генетическими элементами.
По его словам, с философской точки зрения, данное исследование демонстрирует, как эволюционные процессы разворачиваются на различных уровнях, которые могут быть даже противоположными друг другу, и это имеет решающее значение для осмысления многогранности живых организмов».
[Фото: Фернандо Россине / Гарвардская медицинская школа ]