Полезная микрофлора кишечника, так необходимая для нормального пищеварения и иммунитета, может стать резервуаром для опасных генов. Таков вывод ученых после анализа генома и поведения нескольких сотен штаммов как полезных, так и вредных бактерий.
Расплата за антибиотики
Устойчивость бактерий к антибиотикам, столь популярным в современной медицинской практике, становится не меньшей проблемой, чем ВИЧ. Например, в США за год от штаммов золотистого стафилококка, устойчивого к метициллину (MRSA) и известному как супербаг, скончались больше пациентов (19 тыс.), чем от связанных со СПИДом заболеваний (15 тыс.).
Эти феноменальные способности к выживанию обеспечиваются сразу несколькими генами. Причем часть из них вовсе не изобретение супербага -- они были получены в результате так называемого горизонтального переноса. Если мы с вами, как и абсолютное большинство эукариот, получаем наш геном в наследство от родителей, то бактерии и некоторые ядерные организмы (дрожжи и коловратки) способны обмениваться последовательностями ДНК друг с другом и даже с другими видами. Это может быть как активный обмен, так и случайное захватывание чужеродной, но полезной ДНК из окружающей среды.
Обязательное условие для осуществления такого обмена, как и для любого другого случайного процесса, -- высокая концентрация участников в небольшом объеме, пригодном для обитания. Что может быть лучше для этой цели, чем наш пищеварительный тракт? Тем более что он буквально набит представителями разнообразных семейств и родов.
Обмен на благо микромира
Мысль, что наша микрофлора активно общается со свободно живущими или патогенными бактериями, не нова -- например, опасные штаммы кишечной палочки делятся с безвредными своими генами, что для людей чревато диареей.
Соммер и соавторы публикации в Science развернули эту мысль на 180 градусов, ведь с точно таким же успехом гены устойчивости, уже существующие у обитателей нашего кишечника, могут передаваться случайно попавшим туда бактериям.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, ученые собрали образцы с двух концов пищеварительной трубки и выделили из них бактериальную ДНК. После чего выделили из нее короткие информативные участки, внедрили их в геном E.coli и поместили бактерию в питательную среду с одним из 13 антибиотиков. Соответственно, через некоторое время выросли только те колонии, которые обладали необходимым геном устойчивости. Так ученые и определили мишени для дальнейшего поиска в геноме патогенных бактерий.
Оказалось, что сходства генов между этими группами не так уж и мало -- 60%, да и в их функциональности сомневаться не приходится. Вне зависимости от того, от бактерий какого рода они попали в кишечную палочку, она получила необходимую защиту. Удалось даже найти одинаковые гены устойчивости у эволюционно удаленных групп патогенов -- сальмонелл, клебсиелл, синегнойной палочки и даже у менингококка.
Что же касается отдельных групп, здесь сходство между постоянно живущими в кишечнике и «чужими» оказалось еще выше. Например, для представителей Proteobacteria эта величина достигла 90%.
Новая угроза
В ходе своей работы Соммер столкнулся и с новыми «врагами»: в дополнение к пяти уже известным генам устойчивости к бета-лактамным антибиотикам (пенициллин, метициллин и другие) ученые обнаружили еще десять. Механизм их возникновения, да и детали их работы пока остаются загадкой.
Эта работа стала очередным доказательством «социального» эффекта от самолечения антибиотиками: даже если все патогенные бактерии при этом погибают, не исключено, что полезная микрофлора приобретет устойчивость, которой в следующий раз легко поделится с вредной.
Такого события может быть вполне достаточно если и не для начала эпидемии, то по крайней мере для появления нового супербага.
Кстати, хотя авторы и не ставили перед собой задачу в поиске универсального препарата, единственными абсолютно эффективными антибиотиками оказались хлорамфеникол и миноциклин, что стоит рассматривать не как рекомендацию по выбору, а как раз наоборот -- оставить эти препараты «про запас», на случай, если традиционные бета-лактамы или аминогликозиды не помогут.
