Разбираем мир микробиологии по кусочкам

Новый взгляд на взаимодействие бактерий и антибиотиков

Written by

Disha Tandon

Сказка о жизни бактерий

Когда-то давно бактерии боялись антибиотиков…пока однажды они не вооружили себя мутациями. Благодаря этим механизмам, некоторые бактерии смогли победить антибиотики. И их жизнь была легка…до сегодняшнего дня!

Исследователи полагали, что механизм устойчивости к антибиотикам прост: как только бактерии приобретают мутации, защищяющие их от антибиотиков, они могут сопротивляться его химическим действиям. И полагаясь на эту мысль, ученые разрабатывали множество методик для борьбы с этой проблемой. Однако, Л. Галера Лапорта и Дж. Гарсия Охальво обнаружили, что механизм устойчивости к антибиотикам может быть не таким уж и простым, как это воспринималось ранее. Бактерии могут модулировать свою восприимчивость к антибиотикам, взаимодействуя с близлежащими бактериями. Следовательно, меры, предпринятые для борьбы с устойчивостью к антибиотикам, могут оказаться не столь эффективными.

Как охарактеризовать устойчивость бактерий к антибиотикам?

Некоторые бактерии устойчивы к одному типу антибиотиков, а другие — к другому. При совместном культивировании двух бактерий с разной степенью устойчивости к антибиотикам могут произойти четыре возможных сценария (Изображение 1): (а) устойчивые к антибиотику бактерии выживают, а чувствительные погибают; (б) оба вида бактерий могут выжить, потому что бактерии, устойчивые к антибиотику, производят достаточное количество нейтрализующего соединения, чтобы помочь чувствительным бактериям бороться с антибиотиком; в) обе бактерии погибнут; (г) устойчивые к антибиотикам бактерии умирают, а чувствительные бактерии выживают, используя способность устойчивых бактерий производить нейтрализующие соединения.

Изображение 1: Графическое описание реакций бактерий на антибиотики, выращенные отдельно и совместно. Источник: оригинальная статья.

Ампициллин является антибиотиком широкого спектра, что означает, что он эффективен против широкого спектра бактерий. Исследователи выбрали два вида бактерий с разной восприимчивостью к ампициллину: сенная палочка (Bacillus subtilis) и кишечная палочка (Escherichia coli). При добавлении ампициллина в растительную среду бактерия B. subtilis показывает медленный рост, в то время как E. coli не демонстрирует оптимального роста. Исследователи обнаружили, что при совместном выращивании двух бактерий, B. subtilis теряет устойчивость к ампициллину, в то время как E. coli становится устойчивой к антибиотику и выживает. Таким образом, судьба совместной культуры пошла по последнему из четырех сценариев, описанных ранее.

Читатели спросят: “Если вся шумиха вокруг устойчивости бактерий к антибиотикам была связана с мутациями, как исследователи пришли к выводу об изменяющейся устойчивости к антибиотикам?”. Исследователи вырастили индивидуальные культуры B. subtilis и E. coli с ампициллином, а также оба вида бактерий совместно. Они извлекли необходимые генетические компоненты из этих культур, и вырастили свежие культуры B. subtilis с использованием этих компонентов. Было обнаружено, что B. subtilis лучше всего растет с компонентами, извлеченными из отдельных культур B. subtilis, и хуже с компонентами, извлеченными из совместных культур B. subtilis и E. coli, и еще хуже с компонентами, извлеченными только из культуры E. coli. (Изображение 2).

Изображение 2: Слева: Культуры *B. subtilis*, *B. subtilis + E. coli,* и *E. coli* были выращены в присутствии ампициллина. Справа: Изменение роста бактерий с течением времени для *B. subtilis* с компоненатами, выделенными из монокультуры *B. subtilis* (синяя линия), смешанной культуры (зеленая линия), и монокультуры *E. coli* (оранжевая линия). Штриховая линия соответствует культуре *B. subtilis*, выращенная в отсутствии антибиотиков.

Как эта новая информация может повлиять на открытия в области медицины?

Такое динамичное взаимодействие между микробами можно описать как кооператор и мошенник. Кооператором является B. subtilis, так как эта бактерия нейтрализует антибиотик. Мошенником является кишечная палочка, потому что она выживает только за счет тяжелой работы, которую проделала B. subtilis. Авторы исследования упомянули в другом интервью, что их находки можно использовать для изменения устойчивости патогенных бактерий к антибиотикам путем введения пробиотиков, содержащих непатогенные бактерии-мошенники. Присутствие пробиотических бактерий сделает возбудителя чувствительным к антибиотикам, что ослабит его.

Означает ли это, что врачи должны изменить подход к назначению антибиотиков? На это, пока, нет однозначного ответа. Возможно, нам придется подождать еще пару лет, чтобы выяснить это наверняка.

Маленькая бактерия *E. coli* боялась антибиотика ампицилин, до тех пор пока однажды не пришла ее спасительница *B. subtilis*. Однако, у этой истории не такой уж и счастливый конец. Изображение создано автором статьи.

Перевод был сделан Марией Мартыновой

Источник оригинальной статьи: L. Galera-Laporta and J. Garcia-Ojalvo, Antithetic population response to antibiotics in a polybacterial community, Science Advances, 6 march 2020
Distributed under a Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0 (CC BY-NC)

Featured image: Image created by the author

Дополнительные источники:

1. Özkaya Ö, Xavier KB, Dionisio F, Balbontín R. Maintenance of Microbial Cooperation Mediated by Public Goods in Single- and Multiple-Trait Scenarios. J Bacteriol. 2017 Nov 15;199(22):e00297-17. https://doi.org/10.1128/JB.00297-17

2. Katrina Krämer. Cheating bacterium becomes antibiotic-tolerant at expense of other species. Chemistry World 2020 March 10. https://www.chemistryworld.com/news/cheating-bacterium-becomes-antibiotic-tolerant-at-expense-of-other-species/4011320.article