Бактерии обмениваются устойчивостью к антибиотикам быстрее, чем мы думали

Открытие было сделано в ходе исследования, проведенного специалистом в области биоинформатики Яном Зримеком из Технологического университета Чалмерса в Швеции, который искал признаки подвижности между элементами ДНК, называемыми плазмидами.

Главным образом плазмиды встречаются у бактерий, а также у некоторых архей и эукариот (грибов и высших растений). Чаще всего плазмиды представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы. Несмотря на способность к размножению, плазмиды, как и вирусы, не рассматриваются в качестве живых организмов. Плазмиды могут передаваться от одной бактерии к другой того же вида, рода, семейства и даже между клетками бактерий и растений, являясь таким образом средством горизонтального переноса генов.

Строение бактерии

Будь ген поваренной книгой, плазмиды можно было бы представить как отдельные клочки бумаги с ценными рецептами, украденными у друзей и родственников. Многие из них содержат инструкции по изготовлению материалов, которые могут помочь бактериям выжить в стрессовых условиях. А для бактерий стресс вызывает именно доза антибиотиков.

Эти защитные меры часто сохраняются в кодировании плазмиды, что позволяет бактериальным клеткам легко обмениваться сопротивлением посредством процесса, называемого конъюгацией.

Для того, чтобы плазмиды широко распределялись между бактериями, они должны обладать специфической областью генетического кодирования, называемой последовательностью происхождения-передачи, или oriT. Эта последовательность взаимодействует с ферментом, который разрезает плазмиду для облегчения копирования, а затем снова запечатывает ее. Без oriT секретный рецепт плазмиды останется в руках ее владельца.

Поиск и количественная оценка этих последовательностей — сложная и трудоемкая работа. Но Зримек разработал гораздо более эффективные средства поиска oriT, основанные на уникальных характеристиках физических свойств кодирования. Он применил свои результаты к базе данных из более чем 4600 плазмид, вычислив, насколько распространены мобильные плазмиды на основе распространенности oriT.

Выяснилось, что мы сильно ошибались в том, насколько распространена эта важная последовательность, поскольку результаты Зримека оказались в восемь раз выше, чем у предыдущих оценок. Принимая во внимание другие факторы переноса, это может означать, что среди бактерий в два раза больше мобильных плазмид, чем предполагалось, и в два раза больше видов бактерий обладают ими.

Кроме того, другие выводы работы Зримека позволяют предположить, что границы между видами бактерий могут быть более проницаемыми для плазмид, чем считалось ранее. Все это тревожные новости в свете разработки новых антибактериальных препаратов.

«Эти результаты могут означать, что существует надежная сеть для передачи плазмид между бактериями в организме человека, животных, растений, в почве, водной среде и промышленности, и это лишь некоторые из них. Гены устойчивости естественным образом встречаются у многих различных бактерий в этих экосистемах, и гипотетическая сеть может означать, что гены из всех этих сред могут быть переданы бактериям, вызывающим болезни у людей», — заключает Зримек.