В процессе эволюционного развития бактерии адаптировались к наиболее суровым условиям, существенным на нашей планете — от сильной жары до очень низких температур. Холодные пещеры являются лишь одним из мест, где обитают многочисленные микроорганизмы, представляющие собой генетическое разнообразие, которое пока изучено не в полной мере.
Исследователи из Румынии изучили профили устойчивости к антибиотикам штамма бактерий, который до недавнего времени был скрыт в 5000-летнем слое льда в подземной ледяной пещере. Было обнаружено, что этот штамм может стать основой для разработки стратегий по предотвращению роста устойчивости к антибиотикам и изучению того, как устойчивость к ним развивается и распространяется в естественных условиях. Ученые сообщили о своем открытии в журнале Frontiers in Microbiology.
«Бактериальный штамм Psychrobacter Штамм SC65A.3, полученный из ледяной пещеры Скаришоара, демонстрирует стойкость к ряду современных антибиотиков, несмотря на свою древность, и содержит свыше 100 генов, ответственных за устойчивость к антибиотикам, – отмечает руководитель исследования, доктор Кристина Пуркареа. Помимо этого, он способен сдерживать развитие нескольких распространенных «супербактерий», обладающих устойчивостью к антибиотикам, и проявляет ферментативные характеристики, представляющие значительный интерес для биотехнологий».
Psychrobacter SC65A.3 представляет собой штамм бактерий, адаптированный к существованию в условиях низких температур. Отдельные разновидности этого штамма способны вызывать инфекционные заболевания как у людей, так и у животных. Psychrobacter обладают биотехнологическим потенциалом, но профили устойчивости этих бактерий к антибиотикам практически не исследованы. «Изучение таких микроорганизмов, как Psychrobacter SC65A.3, найденный в тысячелетнем льду, демонстрирует, как устойчивость к антибиотикам могла формироваться в природе естественным путем, предшествуя появлению современных антибиотиков, – отмечает Пуркареа.
В ходе бурения был получен 25-метровый ледяной керн вблизи пещеры, получившей название Большой зал и имеющей возраст около 13 000 лет. Для предотвращения загрязнения образцы льда, извлеченные из керна, упаковали в стерильные пакеты и поместили в морозильную камеру во время транспортировки в лабораторию. В лаборатории ученые выделили бактериальные штаммы и провели секвенирование их геномов с целью определения генов, обуславливающих выживание при низких температурах, а также устойчивость к антимикробным препаратам и их метаболическую активность.
Ученые оценили устойчивость штамма SC65A к воздействию 28 антибиотиков, относящихся к 10 различным группам, которые обычно применяются для терапии бактериальных инфекций или используются в качестве назначений. В исследование вошли антибиотики, обладающие генами резистентности или мутациями, позволяющими им нейтрализовать действие лекарственных препаратов.
В результате этого исследователи получили возможность подтвердить, вызывают ли рассматриваемые механизмы ощутимую устойчивость к антибиотикам. «Мы выявили резистентность к десяти антибиотикам, которые широко применяются в пероральной и инъекционной терапии для лечения различных серьезных бактериальных инфекций в медицинских учреждениях», – подчеркнула Пуркареа. Некоторые антибиотики, к которым у бактерий развилась устойчивость, используются для лечения таких заболеваний, как туберкулез, колит и инфекции мочевыводящих путей, включая рифампицин, ванкомицин и ципрофлоксацин.
SC65A.3 — первый штамм Psychrobacter, у данного штамма была выявлена устойчивость к ряду антибиотиков, включая триметоприм, клиндамицин и метронидазол. Эти препараты применяются для терапии инфекций мочеполовой системы, органов дыхания, кожи, крови и репродуктивных органов. Характеристики устойчивости SC65A.3 указывают на то, что штаммы, адаптированные к низким температурам, могут выступать в качестве хранилища генов устойчивости – особых участков ДНК, обеспечивающих выживание под воздействием лекарственных средств.
«Бактериальные штаммы, аналогичные тем, что мы изучали, сочетают в себе потенциальную опасность и перспективные возможности. По словам Пуркареа, высвобождение этих микроорганизмов в результате таяния льдов может привести к распространению их генов среди современных бактерий, что усложнит проблему глобальной устойчивости к антибиотикам. Вместе с тем, они синтезируют уникальные ферменты и противомикробные вещества, которые могут послужить отправной точкой для разработки новых антибиотиков, промышленных ферментов и других биотехнологических решений».
В геноме Psychrobacter На SC65A.3 было выявлено около 600 генов, функции которых остаются неясными, что свидетельствует о его потенциале для изучения биологических процессов. Кроме того, геномный анализ показал наличие 11 генов, которые, вероятно, могут подавлять или прекращать развитие бактерий, грибков и вирусов.
Растущая значимость этого потенциала обусловлена растущей озабоченностью проблемой устойчивости к антибиотикам. Исследования древних геномов и раскрытие их возможностей демонстрируют, насколько существенное влияние на распространение и эволюцию устойчивости к антибиотикам оказывает окружающая среда. По словам Пуркареа, «древние бактерии имеют огромное значение для науки и медицины, однако для минимизации риска их неконтролируемого распространения требуются осторожное обращение с ними и соблюдение мер безопасности в лабораторных условиях».
[Фото: Itcus C. / Romanian Academy]