Мікроби гарні та не дуже. Здоров’я і виживання у світі бактерій - Джессіка Снайдер Сакс

Безпечніший і більш ефективний підхід можуть принести спроби зрозуміти, як саме бактерії передають зібрання плазмід своїм дочірнім клітинам. Як і всі клітини, бактерії розмножуються шляхом поділу, хоча й у значно простіший спосіб, аніж це роблять більші й складніші клітини рослин і тварин. Виходить, плазміди несуть у собі власний генетичний апарат для незалежного розмноження та спадковості. Навіть більше, вони мають тісно контролювати цей процес, аби гарантувати, що плазмід завжди буде достатньо для роздачі наступним поколінням, але не настільки багато, щоб вони стали надто численними всередині будь-якої однієї бактерії.

На думку Пола Герґенротера, довготелесого хіміка-вундеркінда з Іллінойського університету, складність процесу розмноження плазмід дає вченим широкі можливості його зірвати – або змушуючи плазміди «думати», що їх забагато (а отже, згортати розмноження), або підриваючи їхню здатність сортувати копії по дочірніх клітинах. 2004 року дослідницька група Герґенротера зробила перше за допомогою невеликої, схожої на лікарський засіб молекули апраміцину, що імітує сигнал про «забагато плазмід». У присутності цієї молекули всередині клітин E. coli розмноження плазмід резистентності припинялося – і з кожним новим поколінням дочірні клітини мали дедалі менше плазмід для передачі в спадок. Приблизно після 250 поколінь (E. coli розмножується в середньому кожні двадцять хвилин) колонії Герґенротера ставали практично безплазмідними – і повністю чутливими до антибіотиків, що не брали їх ще трьома днями раніше. Зрозуміло, лікарям знадобиться швидший «плазмідний очисник», якщо вони збираються використовувати його у зв’язці з антибіотиками. Але успіх Герґенротера відображує надзвичайно важливий крок у цьому напрямку.

Інша наступальна стратегія передбачає пошук генів, які деякі бактерії використовують для вмикання та вимикання їхніх породжених плазмідами генів резистентності. Такого роду «індуцибельна резистентність» є великою проблемою під час лікування певних типів бактеріальних інфекцій, бо в лабораторії мікроб може демонструвати чутливість до конкретного препарату, а під час лікування пацієнта раптом увімкнути свої гени резистентності. Однак подібні вимикачі являють собою спокусливі нові мішені для препаратів, що дають стійкості зворотний хід. В англійському Бристольському університеті, наприклад, молекулярний біолог Вірве Енне шукає перемикач, який має властивість зменшувати активність усієї плазміди резистентності E. coli. Вмикання цієї конкретної плазміди робить E. coli несприйнятливою до тетрацикліну, ампіциліну, стрептоміцину та сульфаметоксазолу – чотирьох найширше використовуваних антибіотиків у медицині. До початку 2007 року Енне звузила поняття «контрольного перемикача» до однієї з кількох груп генів. Як тільки вона його виділить, їй потрібно буде розшифрувати, якого роду сигнали його вмикають і яким чином ці повідомлення можна блокувати.

Звичайно, плазміди є не єдиним умістилищем генів резистентності. Деякі з цих генів прибувають до бактерії на борту плазміди, лише щоб перескочити на головну хромосому мікроба. Інші виникають шляхом мутації або вводяться в хромосому бактеріофагами (вірусами, що інфікують бактерії) чи кон’югативними транспозонами (різновидом «стрибучого гена»). Великі сподівання в таких ситуаціях покладаються на методи прямого заглушення генів (технологію антизмістовних генів). Ці техніки передбачають штучне конструювання ділянок ДНК з оберненим порядком, що блокують дію генів, які вони дзеркально відображують. Найвідомішим прикладом застосування цієї технології стало комерційно невдале виведення на початку 1990-х років сорту помідорів «Флавр Савр». Генні інженери створили помідор повільного достигання, вводячи антизмістовні гени, що частково блокували гормон достигання, дозволяючи фермерам збирати помідори, коли ті були вже стиглими (і більш смачними), не турбуючись, що вони згниють по дорозі до ринку. Не надто великого покращення смаку виявилось недостатньо, аби переважити дискомфорт споживачів від генномодифікованого «франкенфрукту», але це стало чудовою демонстрацією можливостей антизмістовних технологій.

Приблизно в той самий час, коли відбувся недовгий дебют сорту «Флавр Савр», команда Стюарта Леві з Університету Тафтса почала конструювати антизмістовний ген блокування гена множинної стійкості до антибіотиків, виявленого в багатьох близько споріднених патогенів, серед яких сальмонела (збудник харчових отруєнь), шигела (збудник бактеріальної дизентерії), єрсинія (збудник чуми) і ще понад десяток внутрішньолікарняних патогенів, таких як ентеробактери, цитробактери, серрація та клебсієла. Ген множинної стійкості до антибіотиків є свого роду головним перемикачем для цілої низки генів резистентності, що породжують імунітет до десятків антибіотиків, від старих стандартів, на кшталт тетрацикліну та ампіциліну, до нових надій, таких як норфлоксацин. Леві з колегами поміщували свій антизмістовний ген множинної стійкості до антибіотиків у плазміди, а потім однохвилинним тепловим ударом у 42 °C або електричним розрядом спонукали клітини E. coli їх підбирати. По правді кажучи, це не був практичний метод лікувати бактерії, що викликають інфекцію, але він відкрив перспективний новий шлях досліджень.

Після демонстрації Леві інші вчені досягли аналогічних результатів, спонукаючи бактерії з пробірки підбирати антизмістовні молекули, що розвертали у зворотному напрямку стійкість до ванкоміцину в одному експерименті і до амікацину в іншому. (Доволі токсичний препарат, амікацин найчастіше використовується проти тяжких форм внутрішньолікарняних інфекцій, що є стійкими до всіх інших.) Як і з очищенням від плазмід, майбутній успіх цих спроб залежить від пошуку практичних способів змусити бактерії співпрацювати всередині пацієнтів. Надію дає те, що мікробіологи досліджують кілька методів введення антизмістовних генів у бактеріальні клітини. Наприклад, їх можна запаковувати у фаги або поміщувати всередину жирових частинок, що легко проходять крізь клітинну стінку бактерій.

Стійкість і сільське господарство

Хоча найбільш безпосередньою причиною стійкості до антибіотиків є їхнє надмірне призначення, з’являється дедалі більше доказів, що стійкі бактерії та їхні небезпечні гени дістають нас через м’ясо, яйця та забруднені стоки з тваринницьких господарств. Дедалі ширша коаліція північноамериканських учених, лікарів та споживачів продовжує вимагати від урядів Сполучених Штатів і Канади припинити практику додавання антибіотиків до кормів для худоби з метою прискорити ріст тварин. Європейський Союз прийняв таку заборону ще 2005 року. Але навіть повне припинення використання антибіотиків для сприяння росту все одно залишить нас із проблемою багатотонного згодовування їх поголів’ю для лікування та запобігання поширенню можливих інфекцій. Крім того, як слушно зазначають лобісти тваринницько-фармацевтичної галузі, у деяких випадках європейська заборона на антибіотики сприяння росту призвела до збільшення числа хвороб і терапевтичного використання препаратів.

І яким тут може бути рішення? Ветеринар та фахівець із безпеки харчування Скотт Мак’юен із Ґвельфського університету, який консультує регуляторні органи Канади, відстоює взаємовигідний компроміс. «На нашу думку, прогрес має принести тонший підхід», – каже він. Як консультант Health Canada, еквівалента Управління з контролю за якістю харчових продуктів та медикаментів США, Мак’юен постійно мусить балансувати між промисловим лобі і захистом споживачів. «Як на мене, – каже він, – досвід Європи говорить про те, що існує багато ситуацій, у яких ми могли б різко знизити стійкість мікробів у тварин без значного, а то й узагалі жодного негативного впливу на продуктивність ферм». Для прикладу Мак’юен підкреслює, що припинення згодовування тваринам антибіотиків ближче до зрілості та забивання може дати їхнім організмам шанс заново заселитися менш небезпечними бактеріями без якихось суттєвих змін у темпах їхнього росту або чутливості до хвороб. Натомість коли фермери вперше відлучають поросят від матерів і збирають їх разом у свого роду свинячому дитсадку, без певного превентивного курсу антибіотиків серед