Исследователи из Института Блаватника при Гарвардской медицинской школе открыли способ изучения развития устойчивости бактерий к антибиотикам. Эта работа не только раскрывает принципы эволюционной биологии, но и предлагает новую стратегию борьбы с кризисом устойчивости к антибиотикам, от которого ежегодно во всём мире умирает около 1,3 миллиона человек. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Ученые разработали способ отслеживания эволюции и распространения устойчивости к антибиотикам у отдельных бактерий путём измерения конкуренции между плазмидами.
Плазмиды — это самовоспроизводящиеся генетические элементы, которые существуют отдельно от хромосом бактерии. Плазмиды эволюционируют независимо, но при этом способствуют эволюции бактерий, в том числе развитию устойчивости к противомикробным соединениям. По сути, они являются основным способом передачи устойчивости от одного вида бактерий к другому.
Ученые предполагали, что конкуренция между плазмидами внутри бактериальных клеток играет ключевую роль в эволюции плазмид, но до сих пор не могли найти этому подтверждения. Первый автор Фернандо Россине, научный сотрудник в области биомедицинской информатики, и его коллеги решили эту задачу, преодолев два препятствия.
Сначала они создали условия, при которых каждая бактериальная клетка содержала равное количество плазмид, которые конкурировали друг с другом. Затем ученые использовали микрофлюидные устройства, чтобы выделить отдельные клетки и лучше изучить влияние внутриклеточной конкуренции плазмид.
Система позволила выявить основные свойства и ограничения, связанные с жизнеспособностью и эволюцией плазмид и бактерий. Эти ограничения могут стать основой для стратегий, препятствующих эволюции плазмид и тем самым ограничивающих их способность вырабатывать устойчивость к антибиотикам. Это может привести к разработке методов лечения опасных для жизни бактериальных инфекций.
«Исследование даёт нам новые инструменты для борьбы с устойчивостью к антибиотикам и её предотвращения за счёт использования внутриклеточной конкуренции между самими мобильными генетическими элементами», — сказал Россине.
С философской точки зрения, добавил он, это исследование проливает свет на то, как эволюция происходит на множестве уровней, иногда противоречащих друг другу, «что крайне важно для понимания сложной структуры жизни».
