Лікарі знайшли секретний «перемикач», який дозволяє бактеріям протистояти антибіотикам

У 2021 році 50-річного чоловіка перевели до відділення інтенсивної терапії університетської лікарні Еморі в Атланті. У нього був септичний шок через бактеріальну інфекцію, яка поширилася в його кров. Винуватець? Klebsiella pneumoniae, яка була стійка до більшості антибіотиків.

Нарешті з’явилася надія: двотижневий курс антибіотика під назвою цефідерокол, здавалося, усунув інфекцію. Але лише через 10 днів чоловіка терміново доставили до відділення інтенсивної терапії, де лікарі виявили утворення, наповнене гноєм, що покриває його печінку. Ті самі бактерії повернулися з помстою.

Лікарі відправили зразок крові пацієнта Девіду Вайссу, мікробіологу з Центру антибіотикорезистентності Еморі. Вайс виявив, що бактерії тепер дуже стійкі до цефідероколу.

Він швидко повідомив лікарів. Але навіть після зміни антибіотиків чоловік помер.

Випадок цього чоловіка підкреслює невловиму стратегію, яку бактерії використовують у своїй гонці озброєнь проти антибіотиків — прихований тип стійкості, який можна ввімкнути майже миттєво, але не залишає генетичних слідів. І це може бути майже неможливо виявити за допомогою стандартних лабораторних тестів. Дослідники все більше визнають, що ця бактеріальна стратегія, яка називається «гетерорезистентністю», може відігравати значну роль у невдачі антибіотиків. Визнання цієї бактеріальної стратегії, кажуть експерти, є першим кроком у боротьбі з нею.

«Хоча це тривожне явище, яке ми вивчаємо зараз, у загальній картині та в майбутньому, я думаю, що ми зможемо використати ці знання, щоб значно допомогти пацієнтам», — сказав Вайс Live Science.

Новий вид опору

Десятиліттями такі мікробіологи, як Вайс, вважали, що резистентність до антибіотиків є чимось, що бактеріальний вид має або не має. Але «зараз ми розуміємо, що це не завжди так», — сказав він.

Зазвичай гени визначають, як бактерії протистоять певним антибіотикам. Наприклад, бактерії можуть отримати генну мутацію, яка дозволить їм хімічно виводити з ладу антибіотики . В інших випадках гени можуть кодувати білки, які перешкоджають проникненню ліків через клітинні стінки бактерій. Але це не стосується гетерорезистентних бактерій ; вони перемагають ліки, розроблені, щоб убити їх без сумлінних генів резистентності. Коли вони не піддаються дії антибіотиків, ці бактерії виглядають як будь-які інші бактерії.

Коли типові бактерії, стійкі до антибіотиків, розмножуються, вони передають гени резистентності наступному поколінню, створюючи легіон популяцій, стійких до антибіотиків, які разом протистоять лікуванню. Навпаки, бактерії гетерорезистентної популяції чутливі до антибіотиків. Але при певних дозах антибіотика невелика частка цієї популяції — лише 1 на мільйон — може стати стійкою та вижити після препаратів, тоді як решта популяції припиняє рости та гине.

Оскільки ці резистентні клітини перемежовуються чутливими до антибіотиків клітинами, мікробіологам важко виявити стійкі.

Вчені по всьому світу витратили роки, досліджуючи, чому і як розвивається гетерорезистентність, щоб вони могли краще виявляти ці бактерії. Тепер нарешті починають з’являтися нові підказки.

Віч-на-віч з бактеріями-шахраями

Перша зустріч Карін Хьорт з гетерорезистентністю сталася випадково. Близько 10 років тому Хьорт, мікробіолог з Упсальського університету в Швеції, вирощував бактерії. Штам за штамом вона вводила смертельні дози антибіотиків, позначаючи тих, хто вижив, як «стійкі» та заморожуючи їх. Коли вона розморозила тих, хто вижив, вона шукала генетичні зміни або мутації, які зазвичай лежать в основі їхньої здатності обманювати смерть.

Але цього разу, коли вона видалила, здавалося б, стійкі штами, вона «простежила їхню послідовність» і «не виявила жодних мутацій», Hjort Live Science.

Хьорт не міг зрозуміти, що відбувається. Здавалося, ніби ці бактерії втратили стійкість при заморожуванні. Але потім вона виявила дослідницьку статтю десятиліттями давності, в якій описувалося явище, яке вчені з Каліфорнійського університету в Девісі назвали «гетерорезистентністю», за якого популяція стійких до антибіотиків бактерій може з’являтися з надзвичайно швидкою популяцією, здавалося б, чутливою.

Насправді про «гетерорезистентність» вперше згадали ще в 1940-х роках. Але це явище є дуже складним для вивчення, і без чіткого визначення вченим важко порівнювати свої спостереження.

«Кожен називав «гетерорезистентність» по-різному — не було жодного стандарту, на який варто дивитися», — сказав Live Science Омар Ель-Халфаві, мікробіолог з Університету Регіни в Канаді. Деякі люди використовують цей термін для опису ситуації, коли кілька типів бактерій з різними рівнями толерантності до антибіотиків одночасно заражають людину. Інші використовують його для опису сценарію, коли два різні тести на чутливість до антибіотиків дають різні результати.

Сповнений рішучості вирішити цю проблему, у 2015 році Ель-Халфаві переглянув кожне дослідження, яке описувало гетерорезистентність. Зрештою, він вирішив, що гетерорезистентність виникає, коли деяка частка популяції бактеріальної культури може витримувати набагато вищу концентрацію антибіотиків, ніж решта популяції. Вчені прийняли це визначення у 2015 році, і з того часу кількість рецензованих публікацій про гетерорезистентність подвоїлася.