Главную причину устойчивости к антибиотикам нашли внутри человека

В июне 2012 года 35-летний мужчина из Сан-Паулу оказался в больнице в удручающем состоянии. Ему поставили диагноз рак кожи, попутно выяснилось, что он к тому же заражен потенциально смертельной бактериальной инфекцией. Врачи направили пациента на курс химиотерапии и антибиотиков, и в какой-то момент лечение сделало свое дело. Однако через месяц инфекционная лихорадка вернулась.

Виновником инфекции оказался хорошо известный MRSA, он же метициллин-резистентный золотистый стафилококк. В первый раз для борьбы с ним врачи обратились к одному из антибиотиков «последней линии защиты», ванкомицину. Штамм MRSA, присутствующий у пациента, не обладал естественной защитой от ванкомицина, но к августу того же года он обрел устойчивость.

Исследуя изменения, произошедшие в бактерии, ученые установили, что она получила антибиотикорезистентность не просто посредством одной мутации, а приобрела сразу огромный кусок новой ДНК. В цепочке донорского генетического кода содержались инструкции для белков, которые смогли защитить MRSA от разрушительного действия ванкомицина.

Но откуда взялся донор этой ДНК?

 

Внутри нас живет бактерия под названием Enterococcus faecalis. Этот энтерококк известен как комменсальная («хорошая») бактерия, которая мирно присутствует у нас в кишечнике, никому не причиняя вреда. Если говорить точнее, то у энтерококка фекалиса все-таки есть зловещая сторона, но триллионы соседей не дают ей проявиться.

Ситуация может радикально измениться после терапии антибиотиками. Известно, что антибактериальные препараты часто уничтожают и полезных обитателей кишечника. Но не всех, а только тех, кто не смог защититься. Зато энтерококк фекалис оснащен целым арсеналом механизмов естественной резистентности, что часто позволяет ему выживать и переживать своих менее устойчивых соседей.

Выжившие Enterococcus faecalis не теряя времени занимают освободившуюся жилплощадь, и где-то в темных коридорах сталкиваются с новыми, потенциально болезнетворными соседями, на которых, собственно, и были направлены антибиотики.

Когда бактерии собираются вместе, они могут обмениваться информацией с помощью ДНК-кодированных инструкций. Это называется горизонтальным переносом генов, когда копии ДНК перемещаются из одной клетки в другую.

E. faecalis и ее новые друзья супербактерии имеют все необходимое для взаимовыгодного обмена, что позволяет им выживать при бомбардировке антибиотиками. Но энтерококк фекалис продвинулся еще дальше в своем эволюционном пути, став одним из главных источников устойчивости к лекарствам. 

Одним из защитных механизмов, используемых бактериями для защиты от нежелательного генетического кода, является система CRISPR-cas9, получившая широкую известность в рамках технологии редактирования генома. Эта система возникла как средство, позволяющее бактериям разрезать вирусную ДНК и другой потенциально опасный генетический код на кусочки, прежде чем они причинят им вред.

E. faecalis тоже когда-то содержала важную систему CRISPR-cas9, но, что удивительно, пожертвовала защитным механизмом, чтобы всякая ДНК могла проникать и оставаться в стенках ее клетки. Это была рискованная стратегия, в конечном итоге оказавшаяся выигрышной, поскольку открыла для фекалисов путь к приобретению, а затем и к передаче участков генетической информации.

Именно благодаря схеме «выигрыш-и-обмен» фекалисы обеспечили золотистому стафилококку бразильского пациента резистентность к ванкомицину.

Впрочем, проблема не только в сговоре бактерий. К сожалению, у фекалисов спрятан туз в рукаве. Если удалить у этой бактерии любой цельный фрагмент ДНК, обнаруживается, что другие участки ДНК способны прийти на замену, — таким образом устойчивость к антибиотикам обеспечивается в любом случае.

Ученые еще не до конца понимают, какие фрагменты ДНК имеют генетические резервные планы, а какие нет. Кусок ДНК без каких-либо резервных копий стал бы идеальной мишенью для препаратов, противодействующих этой хитрой бактерии. 

На данный момент специалисты пытаются идентифицировать жизненно важные элементы фекалисов в лаборатории, постепенно удаляя сегменты ДНК. Каждое изъятие кусочка ДНК приближает исследователей к определению ключевых частей генетического кода, необходимых для выживания E. faecalis, и к контролю над микробом.