Главная / Новости / Развитие резистентности к антибиотикам

Развитие резистентности к антибиотикам

15.12.2013г.

Используя количественные модели бактериального роста, группа биофизиков из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила невероятный способ, при помощи которого резистентность к антибиотикам позволяет бактериям размножаться в присутствии антибиотиков, прибавляя проблем госпиталям и центрам сестринского ухода.

В настоящее время работниками здравоохранения предпринимается множество мер по уменьшению распространения резистентности к антибиотикам – таких как ограничение на использование антибиотиков в животноводстве, контролирование выдачи рецептов на антибиотики, и разработка новых препаратов против бактерий уже резистентных к обычным препаратам. Однако понимание того, как бактерии растут и вырабатывают резистентность к препаратам, также может, позволив ученым воздействовать на сам процесс развития резистентности, помочь остановить ее распространение.

«Понимание того, как бактерии растут в присутствии антибиотиков, вырабатывая к ним резистентность, критически важно для прогнозирования распространения и развития лекарственной резистентности»

— сообщают ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего в статье, опубликованной 29 ноября в выпуске журнала Science.

В ходе своего исследования, ученые обнаружили, что экспрессия генов резистентности к антибиотикам в штаммах модели бактерии E. coli зависит от сложных взаимоотношений между статусом роста бактериальной колонии и эффективностью механизма резистентности.

«В процессе развития полной резистентности к препарату, штамм бактерий сначала зачастую приобретает механизм с очень ограниченной эффективностью», — говорит Терри Хва, профессор физики и биологии, который возглавил исследование. «Тогда как много усилий было потрачено на выяснение по отдельности того, как препарат подавляет рост бактерий, и как механизм резистентности нейтрализует действие препарата, немного было известно ранее о том, как эти два процесса взаимодействуют во время критической фазы, когда резистентность к препарату начинает проявляться в полную силу».

По словам Хва, взаимодействие между препаратом и резистентностью к препарату сложное, так как степень лекарственной резистентности, демонстрируемая бактерией, зависит от статуса роста бактерии, который в свою очередь зависит от эффективности препарата, при этом последняя сама зависит от экспрессии резистентности к препарату. Исследователи выяснили, что в случае с обычными препаратами, эта цепь круговых взаимоотношений успешно содействовала эффективности лекарственной резистентности при промежуточном диапазоне доз препаратов.

Использование количественных прогнозных моделей сыграло решающую роль, приведя исследователей к разработке критически важных экспериментов, направленных на то, чтобы разобраться с этой сложностью. В ходе экспериментов ученых, клетки E. coli, обладающие различными степенями сопротивляемости к антибиотикам были выращены в тщательно контролируемых условиях с использованием различных доз препаратов в «микрофлюидных устройствах», что позволило исследователям манипулировать крошечными количествами жидкой среды и непрерывно наблюдать за отдельными клетками. Хва и его исследовательская группа обнаружила ряд доз препаратов, при которых генетически идентичные бактериальные клетки демонстрировали сильно отличающиеся модели поведения: тогда как значительная часть клеток переставала расти, несмотря на наличие гена резистентности, оставшиеся клетки продолжали расти с большой скоростью. Этот феномен, названный «бистабильностью роста», возник, как и было предсказано при помощи количественных математических моделей исследователей, и в отношении зависимости от дозы препарата, что определяется внешними условиями, и в отношении зависимости от лекарственной резистентности, которой обладает штамм, что определяется его генетическим строением, и претерпевает изменения в процессе развития.

«Выявление такого поведения позволяет понять процесс развития лекарственной резистентности», — говорит Хва. «При помощи этой модели мы можем составить диаграмму того, как резистентность усиливается, и количественно оценить эффективность препарата». Однако данная модель была создана только для одного класса препаратов и одного класса механизмов лекарственной резистентности. Хва считает, что важно установить такие прогнозные модели для всех препаратов, часто применяемых для борьбы с патогенными видами бактерий.

Он добавляет: «Я возлагаю надежды на то, что до фармацевтических компаний и госпиталей будет доведена информация о существовании информативного, количественного метода изучения действия препарата на бактерии и последствий использования препарата для уничтожения бактерий по мере приобретения ими резистентности, а также о том, что этот подход может быть внедрен и в процесс разработки препаратов, и процесс оценки их эффективности в клинически релевантных условиях».

Хва говорит, что принцип взаимодействия между препаратом и лекарственной резистентностью важен для понимания не только развития антибиотиков, но также и появления лекарственной резистентности при различных не бактериальных заболеваниях. Известный пример – стремительное появление резистентных к лекарствам линий раковых клеток, приводящее к частым неудачам при применении лекарственных методов лечения. И хотя существует множество очевидных различий между развитием резистентности у бактерий и у раковых клеток, Хва отмечает, что связь между ними была достаточной, чтобы мотивировать на оказание помощи в спонсировании этого исследования в рамках программы «Физика – Онкология» (Physical Science-Oncology program) Национальный институт онкологии.

Источник: sciencedaily.com

Смотрите также: