Экспериментальная эволюция раскрывает механизмы развития устойчивости бактерий к лекарствам

от

Бактерия Acinetobacter baumannii (A. baumannii) представляет серьёзную угрозу во многих больницах Соединённых Штатов, где более одного из ста пациентов проходит лечение от инфекций, вызванных A. baumannii. Этот вид бактерий известен своим динамичным геномом и способностью приобретать устойчивость к антибиотикам.

«Это смертельный патоген, печально известный своей устойчивостью к традиционным лекарствам», — сказал Андрей Остерман, доктор философии, профессор Центра обработки данных и искусственного интеллекта в Институте медицинских открытий Санфорда Бернема Пребис и заместитель декана и помощник декана по учебной программе в Школе биомедицинских наук.

Предыдущие исследования показали, что треть внутрибольничных инфекций A. baumannii в США были устойчивы к карбапенемам — распространённому антибиотику. Пациенты, страдающие от этих трудно поддающихся лечению инфекций, чаще умирали в больнице, дольше находились на лечении и чаще переводились в другие медицинские учреждения, а не выписывались домой.

Учёные из Института медицинских открытий Санфорда Бернема Пребис и их коллеги из Roche Pharmaceuticals опубликовали результаты исследования 29 октября 2025 года в журнале Antimicrobial Agents and Chemotherapy, демонстрирующие использование подхода экспериментальной эволюции для картирования генетических мутаций в A. baumannii, обработанных одним из двух необычных антибиотиков.

«Тигециклин и колистин являются частью последней линии защиты врачей при лечении инфекций, вызванных A. baumannii, — сказал Остерман, старший и соответствующий автор рукописи. — Они редко используются в США, и существующая устойчивость к ним сравнительно низка, но растёт, что побудило нас изучить, как бактерии приобретают новую устойчивость к антибиотикам».

Экспериментальная установка

Исследовательская группа провела эксперименты с использованием морбидостата — устройства, которое позволяет бактериям непрерывно размножаться в течение нескольких поколений, подвергаясь постепенно увеличивающемуся воздействию антибиотиков. Морбидостат управляется компьютером, который отслеживает рост культуры и вводит всё больше и больше антибиотика, пока культура быстро растёт.

«Он работает как машина эволюции, которая более точно имитирует условия в организме человека по сравнению с другими методами», — сказал Остерман. «В сочетании с геномным секвенированием этот подход позволяет нам достичь нашей цели — создать максимально полную карту всех теоретически возможных мутаций, обеспечивающих устойчивость к лекарствам».

Результаты исследования

Усилия учёных по составлению карт подтвердили и расширили существующие знания о основных механизмах устойчивости к каждому из этих классов антибиотиков. Первый основной источник приобретённой устойчивости к тигециклину был обусловлен мутациями, влияющими на то, как бактерии изолируют и выводят лекарства до того, как они повредят бактериальные клетки. Эти системы называются эффлюкс-насосами.

«Это хорошо установленный механизм устойчивости к тигециклину, и наши результаты расширяют известный спектр подобных мутаций, приводящих к устойчивости, наблюдаемых у A. baumannii», — сказал Остерман.

Вторая основная область устойчивости была связана с эволюцией устойчивости к колистину. Команда выявила мутации, влияющие на активность фермента, который может предотвратить достижение колистином своей цели — компонента клеточной стенки бактерий.

«Когда у нас будет полная карта большинства возможных мутаций, обеспечивающих устойчивость, мы сможем сравнить эту карту с другими секвенированными геномами для прогнозирования, включая последовательности от пациентов, страдающих от инфекций, вызванных A. baumannii», — сказал Остерман.

Более 10 000 геномов различных изолятов A. baumannii общедоступны для исследователей, и все они были включены в сравнительный анализ этого исследования.

Исследовательская группа рассматривает это исследование и предыдущие исследования эволюции устойчивости у A. baumannii и других бактериальных патогенов как шаги на пути к созданию прогнозов на основе геномики устойчивости к лекарствам и восприимчивости, которые можно было бы использовать в больницах и клиниках.

«Серьёзная проблема возникает, когда пациенты лечатся методом проб и ошибок, и им назначают антибиотик, к которому бактерии уже устойчивы или даже частично устойчивы», — сказал Остерман. «Это способствует дальнейшему распространению устойчивости бактерий, и вы теряете время, которого у пациентов не всегда хватает».

«Данные, которые мы накапливаем, позволили бы врачам назначать тест на секвенирование и назначать антибиотик, к которому бактерии наименее устойчивы, что будет полезно для отдельных пациентов и, в более глобальном масштабе, поможет нам замедлить общую эволюцию устойчивости к антибиотикам».

Предоставлено Институтом медицинских открытий Санфорда Бернема Пребис.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте