Стійкі до антибіотиків бактерії за п'ять років дісталися від Індії до Арктики

Несприйнятливі до антибіотиків бактерії дісталися до Арктики. Дослідники виявили, що ген стійкості до антибіотиків NDM-1, який виявили в Індії в 2008 році, за п'ять років дістався до віддаленого району Західного Шпіцбергена. Імовірно, він потрапив на архіпелаг разом з перелітними птахами, які зимують на Британських островах, або його могли привезти люди з великої землі, а рознесли по острову песці, які копаються у викидах в поселеннях. Статтю буде опубліковано в

Три роки тому вчені повідомили про те, що серед бактерій почалося поширення стійкості до колістину, «антибіотику запасу» - останнього засобу, який застосовується проти мікроорганізмів, стійких до інших ліків. Особливо вчених лякає те, що несприйнятливі до антибіотиків бактерії з одного регіону дуже швидко з'являються в інших частинах планети. Наприклад, ген NDM-1, який забезпечує бактеріям стійкість до антибіотиків, був виявлений в Індії в 2008 році, а нині зустрічається по всьому світу. При цьому ми досі погано розуміємо, як стійкі до антибіотиків «місцеві» бактерії з'являються в інших регіонах світу. Зараз на поширення мікроорганізмів сильно впливає діяльність людини. Залишилося не так багато місць (наприклад, приполярні райони), де людське втручання відчувається меншою мірою і де можна дослідити, як мікроорганізми набували стійкості до антибактеріальних речовин до появи лікарських препаратів.

Відомо, що багато мікроорганізмів, які мали антибактеріальну стійкість ще десятки тисяч років тому, мешкали в грунтах. Однак кількість генів, що забезпечують бактерії стійкістю до антибіотиків, значно зросла з 1940-х років. Навіть у мікроорганізмів, що мешкають в Антарктиді, вчені знаходили гени стійкості до антибіотиків, що з'явилися в результаті діяльності людини. Одним з останніх невивчених місць залишається Арктика.

Британські, китайські та американські екологи під керівництвом Девіда Грехема (David Graham) з Ньюкаслського університету вирішили вивчити ґрунти в районі затоки Конгсфьорден на острові Західний Шпіцберген. Вони вибрали його з кількох причин. По-перше, на Шпіцбергені немає сільського господарства і промислових підприємств і тут живе дуже мало людей, тому антропогенне втручання мінімальне. З іншого боку, воно все ж є, до того ж тут мешкають тварини, так що, швидше за все, тут є володіють антибактеріальною стійкістю мікроорганізми. По-друге, клімат на острові досить холодний, тому ДНК в грунтах зберігається досить довго. Тому вчені вирішили, що місця навколо затоки будуть ідеальним місцем, щоб вивчити причини поширення стійкості до антибіотиків.

У 2013 році дослідники відібрали зразки ґрунту у восьми місцях у районі Конгсфьордена і виділили з них і проаналізували ДНК. Всього вони виявили 131 ген антибактеріальної стійкості, які асоціювалися з дев'ятьма класами антибіотиків. Серед них були системи стійкості до аміноглікозидів (до антибіотиків цього ряду відносяться стрептоміцин і канаміцин); до лактамних антибіотиків (найвідоміший серед них пеніцилін); системи активного виведення речовин через поверхню клітини, які забезпечують мікроорганізмам стійкість до цілого ряду ліків, наприклад, до тетрацикліну. Також часто зустрічалися гени, які дозволяли бактеріям модифікувати мішені антибіотиків. Так мікроорганізми захищаються від декількох груп антибіотиків, зокрема, макролідів (еритроміцин) і лінкозамідів (лінкоміцин).

Найчастіше у мікроорганізмів зустрічалися механізм активного виведення речовин і ферментативної інактивації (бактерії модифікують молекули антибіотиків, так що ті не більше можуть зв'язуватися з ними). І той, і інший дослідники знайшли в 42 відсотках випадків. Специфічні захисні системи клітин виявилися менш «популярними» (12 відсотків випадків).

На думку авторів, неспецифічні системи захисту, такі як активне виведення речовин, були «місцевими» і виникли у мікроорганізмів у процесі еволюції. Вони діють не тільки на антибіотики, але «включаються» у відповідь і на інші стресові умови, наприклад на важкі метали або органічні забруднювачі. А ось системи стійкості до аміноглікозидів або макролідів специфічні до антибіотиків. Тому, ймовірно, що вони з'явилися на Шпіцбергені в результаті антропогенного впливу.

Щоб визначити, які гени стійкості до антибіотиків були місцевими, а які - завезеними з інших місць, вчені проаналізували їх наявність у тих місцях, де вони брали проби. 39 зі 131 гена опинилися у всіх восьми кластерах, і дослідники припустили, що вони були автохтонними (тобто з'явилися в цій місцевості). Інші зустрічалися в декількох кластерах, і, мабуть, були привізними. Цікаво, що серед них виявився ген NDM-1, виявлений в Індії в 2008 році. Через п'ять років він дістався і до Шпіцбергена. В одному з місць, де дослідники відбирали проби, кількість ДНК, що несе цей ген, була приблизно в 100 разів вищою, ніж в інших кластерах. За кількістю її було приблизно стільки ж, скільки в грунтах поруч з лікарнями або міськими стічними водами.

Після того, як автори проаналізували хімічний склад ґрунтів у цьому кластері, вони дійшли висновку, що ДНК з геном NDM-1 потрапила в ґрунт з позначки птахів. У затоці Конгсфйорден є великі колонії мігруючих і осілих птахів, як травоїдних, так і хижих, які харчуються планктоном або рибою. Тут же зустрічаються песці, які полюють на птахів і крадуть яйця з гнізд. На думку дослідників, ген NDM-1 міг приїхати разом з якимись перелітними птахами, наприклад білощікими казарками, які зимують на Британських островах. Або, його могли привезти люди з великої землі, а на березі затоки він з'явився разом з песцями. Вони полюють на птахів і крадуть яйця з гнізд, і риються у викидах в поселенні, яке знаходиться неподалік.

Нещодавно дослідники показали, що несприйнятливість бактерій до антибіотиків збільшується при підвищенні температури повітря. Зокрема, потепління в тому чи іншому місці на 10 градусів призводить до збільшення стійкості на 2-4 відсотки. Детальніше про те, як у мікроорганізмів виникає стійкість до ліків і до чого це може призвести, читайте в нашому матеріалі «Кінець прекрасної епохи».