В ходе эволюции бактерии приспособились к самым экстремальным условиям на Земле — от палящего зноя до температур значительно ниже нуля. Ледяные пещеры — лишь одна из сред обитания множества микроорганизмов, представляющих собой источник генетического разнообразия, который еще недостаточно изучен.
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 SC65A.3, выделенный из ледяной пещеры Скаришоара, несмотря на свое древнее происхождение, устойчив ко многим современным антибиотикам и содержит более 100 генов, связанных с устойчивостью к антибиотикам, — говорит автор исследования доктор Кристина Пуркареа. — Кроме того, он может подавлять рост нескольких основных "супербактерий", устойчивых к антибиотикам, и обладает ферментативными свойствами, которые имеют значительный биотехнологический потенциал».
Psychrobacter SC65A.3 — это штамм бактерий, приспособленных к жизни в холодных условиях. Некоторые виды могут вызывать инфекции у людей и животных. Psychrobacter обладают биотехнологическим потенциалом, но профили устойчивости этих бактерий к антибиотикам практически не исследованы. «Изучение таких микроорганизмов, как Psychrobacter SC65A.3, обнаруженных в тысячелетних ледяных отложениях, позволяет понять, как устойчивость к антибиотикам развивалась естественным образом в окружающей среде задолго до появления современных антибиотиков», — говорит Пуркареа.
Команда пробурила 25-метровый ледяной керн в районе пещеры, известном как Большой зал, возраст которого составляет 13 000 лет. Чтобы избежать загрязнения, фрагменты льда, извлеченные из керна, поместили в стерильные пакеты и заморозили по пути в лабораторию. Там исследователи выделили штаммы бактерий и секвенировали их геномы, чтобы определить, какие гены позволяют штамму выживать при низких температурах, а какие обеспечивают устойчивость к противомикробным препаратам и их активность.
Исследователи проверили устойчивость штамма SC65A к 28 антибиотикам из 10 классов, которые обычно используются для лечения бактериальных инфекций или назначаются в таких случаях, в том числе к антибиотикам, у которых есть гены резистентности или мутации, дающие им возможность противостоять действию лекарств.
Таким образом, ученые могли проверить, приводят ли предполагаемые механизмы к измеримой резистентности. «Десять антибиотиков, к которым мы обнаружили резистентность, широко используются в пероральной и инъекционной терапии для лечения ряда серьезных бактериальных инфекций в клинической практике», — отметила Пуркареа. Такие заболевания, как туберкулез, колит и инфекции мочевыводящих путей, можно лечить с помощью некоторых антибиотиков, к которым у бактерий есть устойчивость, в том числе рифампицина, ванкомицина и ципрофлоксацина.
SC65A.3 — первый штамм Psychrobacter, у которого была обнаружена устойчивость к некоторым антибиотикам, в том числе к триметоприму, клиндамицину и метронидазолу. Они используются для лечения инфекций мочевыводящих путей, легких, кожи, крови и репродуктивной системы. Профиль устойчивости SC65A.3 позволяет предположить, что штаммы, способные выживать в холодных условиях, могут служить резервуарами генов устойчивости — специфических последовательностей ДНК, которые помогают выживать при воздействии лекарств.
«Бактериальные штаммы, подобные тому, который мы исследовали, представляют собой одновременно угрозу и возможность. Если из-за таяния льдов эти микробы высвободятся, их гены могут распространиться среди современных бактерий, что усугубит глобальную проблему устойчивости к антибиотикам, — говорит Пуркареа. — С другой стороны, они вырабатывают уникальные ферменты и противомикробные соединения, которые могут стать основой для новых антибиотиков, промышленных ферментов и других биотехнологических инноваций».
В геноме Psychrobacter SC65A.3 было обнаружено почти 600 генов с неизвестными функциями, что указывает на то, что это ещё не изученный источник для открытия биологических механизмов. Анализ генома также выявил 11 генов, которые потенциально способны убивать или останавливать рост других бактерий, грибков и вирусов.
Такой потенциал становится все более важным в мире, где устойчивость к антибиотикам вызывает большую обеспокоенность. Изучение древних геномов и раскрытие их потенциала показывает, какую важную роль в распространении и эволюции устойчивости к антибиотикам играла окружающая среда. «Древние бактерии крайне важны для науки и медицины, — заключила Пуркареа, — но для снижения риска неконтролируемого распространения необходимы тщательное обращение с ними и меры безопасности в лаборатории».
[Фото: Itcus C. / Romanian Academy]
