Новое исследование показало, что засуха способна ускорить распространение бактерий, невосприимчивых к антибиотикам, в почве. Специалисты установили, что уменьшение влажности грунта вызывает увеличение количества природных антибиотиков, что, в свою очередь, способствует развитию микроорганизмов, устойчивых к ним. Кроме того, анализ данных клинических наблюдений из 116 государств выявил прямую зависимость между степенью засухи в конкретных регионах и уровнем антибиотикорезистентности, регистрируемым в медицинских учреждениях. Полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на то, каким образом глобальное потепление может оказывать воздействие на здоровье людей.
Несмотря на то, что многие природные антибиотики подверглись изменениям и усовершенствованию для получения лекарств, почва по-прежнему представляет собой ценнейший источник этих веществ и активно исследуется с целью разработки новых медикаментов. Микроорганизмы, живущие в почве, адаптировались к среде, содержащей антибиотики, и приобрели способы противостоять их воздействию.
Биологи считают, что те же самые механизмы, которые помогают этим микроорганизмам выживать в условиях воздействия природных антибиотиков, обеспечивают устойчивость и к синтетическим лекарственным средствам. Поскольку окружающая среда влияет на силу отбора, создаваемую природными антибиотиками в почве, изменения в степени устойчивости внутри микробных популяций способны оказывать влияние на здоровье людей.
Засуха способна выступать в качестве одного из важнейших экологических факторов. Учитывая изменение климата, засушливые периоды происходят все чаще и с большей продолжительностью, что представляет угрозу для микробного равновесия в почве. Уменьшение влажности почвы вследствие засухи вызывает накопление вторичных метаболитов, вырабатываемых микроорганизмами, в том числе природных антибиотиков. Это, в свою очередь, усиливает естественный отбор в почвенном микробиоме, способствуя развитию устойчивых форм.
До недавнего времени эти процессы оставались преимущественно теоретическими, а воздействие таких стрессовых факторов, как засуха, на состав микробного сообщества в почве изучено не в полной мере. В ходе исследования, 23 марта в журнале Nature Microbiology ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) представили результаты исследования, посвященного влиянию засухи на синтез природных антибиотиков и формирование устойчивости к ним у почвенных микроорганизмов, и рассмотрели, каким образом эти изменения могут воздействовать на здоровье людей.
«Нашей целью было установить, как засуха воздействует на биосинтез антибиотиков и развитие устойчивости к ним в почвах различных регионов мира, и оценить масштаб этого влияния, применяя как вычислительные, так и экспериментальные методы », — пишут авторы работы.
Предыдущие наблюдения, в частности, выявление повышенных концентраций бактерий, синтезирующих феназиновые антибиотики в почвах с менее влажной зоной вокруг корней растений, стали отправной точкой для проведения новых анализов и экспериментов. Также в более сухих почвах было отмечено увеличенное содержание нескольких антибиотиков, включая стрептомицин.
Для проверки полученных результатов специалисты из Caltech провели анализ пяти наборов метагеномных данных, полученных в ходе предыдущих работ. Эти данные включали информацию о микробиомах почв, взятых из сельскохозяйственных угодий и лугов в Калифорнии (США), лесов в кантоне Вале (Швейцария) и водно-болотных угодий в Наньчане (Китай). Исследователи определили, как меняется число микробных генов, ответственных за синтез антибиотиков и обеспечивающих устойчивость к ним, в зависимости от степени засухи в почве.
Анализ, проведенный учеными, показал, что в период засухи наблюдалось существенное увеличение числа генов, отвечающих за синтез антибиотиков, во всех пяти изученных регионах и типах почв. Среди этих антибиотиков – бета-лактамы (например, пенициллин) и макролиды, которые широко применяются в медицине для борьбы с респираторными и инфекциями, передающимися половым путем.
Моделирование засушливых условий, имитирующих природные, показало, что в образцах почвы концентрация антибиотиков возрастает. Под действием этих антибиотиков выживаемость бактерий уменьшается на 99%.
Вместо этого бактерии, устойчивые к антибиотикам, в том числе грамотрицательные штаммы, не показали уменьшения относительной выживаемости даже при недостатке влаги. « Установлено, что уменьшение влажности почвы, вызванное засухой, приводит к увеличению концентрации природных антибиотиков, что, в свою очередь, усиливает селекцию, направленную против восприимчивых бактерий, и создает благоприятные условия для развития штаммов, устойчивых к антибиотикам », — пишут исследователи в своей работе.
Для оценки воздействия обнаруженной взаимосвязи между засухой и устойчивостью к антибиотикам на систему здравоохранения, исследователи объединили информацию о случаях резистентности к антибиотикам, зарегистрированных в больницах 116 стран, с данными о годовом объеме выпавших осадков и средней температуре в этих регионах.
Анализ показал, что повышенная засушливость всегда коррелировала с увеличением встречаемости антибиотикорезистентности в исследованных клинических образцах. Эта тенденция наблюдалась, несмотря на различия в доходах населения в разных регионах, что могло бы влиять на доступность медицинских услуг.
Несмотря на то, что для определения точной взаимосвязи требуются дальнейшие научные изыскания, авторы исследования заключают: « Полученные нами данные указывают на ранее не замеченную взаимосвязь между климатом и устойчивостью к антибиотикам ».