Ученые обнаружили, что у бактерий есть гены, разрушающие антибиотики

По мере того, как опасные бактерии приобретают все больший опыт в уклонении от антибиотиков, исследователи пытаются найти новые методы контратаки. Вместо того чтобы разрабатывать новые лекарства с нуля, некоторые ученые ищут способы блокировать или разрушать защиту, созданную микробами. И если сопротивление удастся отключить, то существующие лекарства будут сохранять эффективность.

Последнее поколение тетрациклинов (класс мощных антибиотиков первого ряда) было разработано для противодействия двум наиболее распространенным способам, которыми бактерии противостоят таким лекарствам. Однако новое исследование, проведенное учеными из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Национального института здоровья США, показало, что у бактерий есть гены, представляющие еще один метод устойчивости. Они широко распространены у бактерий, которые живут в почве и в организме человека. Некоторые из этих генов обладают способностью уничтожать все тетрациклины, включая последнее поколение таких антибиотиков.

«Мы впервые обнаружили гены, разрушающие тетрациклин, пять лет назад в безвредных бактериях окружающей среды, и тогда мы говорили о существовании угрозы того, что гены могут попасть в бактерии, вызывающие заболевания, что приводит к заражению инфекциями, которые будет очень трудно лечить, – сообщил Гаутам Дантас, доктор философии, профессор патологии, иммунологии и молекулярной микробиологии в Медицинской школе Вашингтонгского университета в Сент-Луисе. – Как только мы начали искать эти гены в клинических образцах, то сразу же нашли их. Тот факт, что мы смогли найти их так быстро, свидетельствует о том, что эти гены более широко распространены, чем мы думали. Это главная проблема, которую мы уже решаем».

В 2015 году Дантас и команда обнаружили 10 различных генов, каждый из которых давал бактериям способность уничтожать токсичные компоненты молекулы тетрациклина, тем самым инактивируя препарат. Гены устойчивости позволяют бактериям вырабатывать белки, которые из-за свойства расщеплять тетрациклин исследователи назвали тетрациклиновыми деструктазами. 

Исследование выявило 69 возможных генов тетрациклин-деструктазы. Затем они клонировали некоторые из них в бактериях E. coli, которые не имели устойчивости к тетрациклинам, и проверили, выдерживают ли генетически модифицированные бактерии воздействие лекарств. Кишечная палочка, которая получила эти гены от почвенных бактерий, инактивировала некоторые из тетрациклинов. Кишечная палочка, получившая гены от бактерий, связанных с людьми, уничтожила все 11 тетрациклинов!

Тетрациклины существуют с 1940-х годов. Они являются одним из наиболее широко используемых классов антибиотиков, применяемых при заболеваниях кожи, легких, мочевых путей, а также при язвах желудка. Вдобавок их широко используют в сельском хозяйстве и животноводстве. Поэтому, хотя гены тетрациклин-деструктазы еще не широко представлены в бактериях, вызывающих инфекции, ученые озабочены тем, что они подвержены высокому риску распространения из-за повсеместного использования тетрациклинов. Кроме того, некоторые из недавно обнаруженных генов устойчивости были расположены рядом с участками бактериального генома, о которых известно, что они способны передаваться даже между отдаленно родственными бактериями. 

В последние десятилетия растущая резистентность к антибиотикам заставила фармацевтические компании тратить сотни миллионов долларов на разработку нового поколения тетрациклинов, невосприимчивого к двум наиболее распространенным стратегиям резистентности: изгнанию лекарств из бактериальной клетки, прежде чем они смогут нанести вред, и блокированию лекарства внутри бактериальной клетки. Выявление третьего метода устойчивости – защитных генов у болезнетворных бактерий – может указать новые пути борьбы с резистентностью к антибиотикам. 

Объединив знания в области генетики, химии, структурной микробиологии и анализа больших данных для разработки ингибиторов тетрациклиновых деструктаз, ученые уже обнаружили соединения, которые блокируют устойчивость бактерий к тетрациклинам. В случае превращения в лекарственное средство такое соединение можно вводить в сочетании с тетрациклином. Эти типы соединений не обладают прямым антимикробным действием – если их принимать отдельно, они не убивают бактерии. Вместо этого они снижают способность бактерий выживать при лечении специфическими антибиотиками. Когда в рамках нового исследования это блокирующее вещество вводили в сочетании с тетрациклинами, эффективность антибиотиков была восстановлена.

«У нашей команды есть девиз, расширяющий мудрые слова Бенджамина Франклина о том, что в этом мире нельзя сказать ничего определенного, кроме смерти, налогов и… устойчивости к антибиотикам, – заявил один из соавторов исследования, профессор химии Венцевич. – Устойчивость к антибиотикам наступит. Нам нужно опередить ее и разработать ингибиторы для их защиты уже сейчас».