Устойчивые к антибиотикам бактерии за пять лет добрались от Индии до Арктики

Невосприимчивые к антибиотикам бактерии добрались до Арктики. Исследователи обнаружили, что ген устойчивости к антибиотикам blaNDM-1, который обнаружили в Индии в 2008 году, за пять лет добрался до отдаленного района Западного Шпицбергена. Предположительно, он попал на архипелаг вместе с перелетными птицами, которые зимуют на Британских островах, либо его могли привезти люди с большой земли, а разнесли по острову песцы, которые копаются в отбросах в поселениях. Статья будет опубликована в Environment International.

Три года назад ученые сообщили о том, что среди бактерий началось распространение устойчивости к колистину, «антибиотику запаса» — последнему средству, которое применяется против микроорганизмов, устойчивых к другим лекарствам. Особенно ученых пугает то, что невосприимчивые к антибиотикам бактерии из одного региона очень быстро появляются в других частях планеты. Например, ген blaNDM-1, который обеспечивает бактериям устойчивость к антибиотикам, был обнаружен в Индии в 2008 году, а ныне встречается по всему миру. При этом мы до сих пор плохо понимаем, как устойчивые к антибиотикам «местные» бактерии появляются в других регионах мира. Сейчас на распространение микроорганизмов сильно влияет деятельность человека. Осталось не так много мест (например, приполярные районы), где человеческое вмешательство ощущается в меньшей степени и где можно исследовать, как микроорганизмы приобретали устойчивость к антибактериальным веществам до появления лекарственных препаратов.

Известно, что многие микроорганизмы, обладавшие антибактериальной устойчивостью еще десятки тысяч лет назад, обитали в почвах. Однако количество генов, обеспечивающих бактерии устойчивостью к антибиотикам, значительно выросло с 1940-х годов. Даже у микроорганизмов, обитающих в Антарктиде, ученые находили гены устойчивости к антибиотикам, появившиеся в результате деятельности человека. Одним из последних неизученных мест остается Арктика.

Британские, китайские и американские экологи под руководством Дэвида Грэхема (David Graham) из Ньюкаслского университета решили изучить почвы в в районе залива Конгсфьорден на острове Западный Шпицберген. Они выбрали его по нескольким причинам. Во-первых, на Шпицбергене нет сельского хозяйства и промышленных предприятий и здесь живет очень мало людей, поэтому антропогенное вмешательство минимально. С другой стороны, оно все же есть, к тому же здесь обитают животные, так что, скорее всего, здесь есть обладающие антибактериальной устойчивостью микроорганизмы. Во-вторых, климат на острове достаточно холодный, поэтому ДНК в почвах сохраняется достаточно долго. Поэтому ученые решили, что места вокруг залива будут идеальным местом, чтобы изучить причины распространения устойчивости к антибиотикам.

В 2013 году исследователи отобрали образцы почвы в восьми местах в районе Конгсфьордена и выделили из них и проанализировали ДНК. Всего они обнаружили 131 ген антибактериальной устойчивости, которые ассоциировались с девятью классами антибиотиков. Среди них были системы устойчивости к аминогликозидам (к антибиотикам этого ряда относятся стрептомицин и канамицин); к β-лактамным антибиотикам (самый известный среди них пенициллин); системы активного выведения веществ через поверхность клетки, которые обеспечивают микроорганизмам устойчивость к целому ряду лекарств, например, к тетрациклину. Также часто встречались гены, которые позволяли бактериям модифицировать мишени антибиотиков. Так микроорганизмы защищаются от нескольких групп антибиотиков, в частности, макролидов (эритромицин) и линкозамидов (линкомицин).

Чаще всего у микроорганизмов встречались механизм активного выведения веществ и ферментативной инактивации (бактерии модифицируют молекулы антибиотиков, так что те не больше могут связываться с ними). И тот, и другой исследователи нашли в 42 процентах случаев. Специфические защитные системы клеток оказались менее «популярны» (12 процентов случаев).

По мнению авторов, неспецифические системы защиты, такие как активное выведение веществ, были «местными» и возникли у микроорганизмов в процессе эволюции. Они действуют не только на антибиотики, но «включаются» в ответ и на другие стрессовые условия, например на тяжелые металлы или органические загрязнители. А вот системы устойчивости к аминогликозидам или макролидам специфичны к антибиотикам. Поэтому, вероятно, что они появились на Шпицбергене в результате антропогенного воздействия.

Чтобы определить, какие гены устойчивости к антибиотикам были местными, а какие — завезенными из других мест, ученые проанализировали их наличие в тех местах, где они брали пробы. 39 из 131 гена оказались во всех восьми кластерах, и исследователи предположили, что они были автохтонными (то есть появились в этой местности). Остальные встречались в нескольких кластерах, и, по-видимому, были привозными. Интересно, что среди них оказался ген blaNDM-1, обнаруженный в Индии в 2008 году. Через пять лет он добрался и до Шпицбергена. В одном из мест, где исследователи отбирали пробы, количество ДНК, несущей этот ген, было примерно в 100 раз выше, чем в других кластерах. По количеству ее было примерно столько же, сколько в почвах рядом с больницами или городскими сточными водами.

После того, как авторы проанализировали химический состав почв в этом кластере, они пришли к выводу, что ДНК с геном blaNDM-1 попала в почву из помета птиц. В заливе Конгсфьорден есть большие колонии мигрирующих и оседлых птиц, как травоядных, так и хищных, питающихся планктоном или рыбой. Здесь же встречаются песцы, которые охотятся на птиц и воруют яйца из гнезд. По мнению исследователей, ген blaNDM-1 мог приехать вместе с какими-то перелетными птицами, например белощекими казарками, которые зимуют на Британских островах. Либо, его могли привезти люди с большой земли, а на берегу залива он появился вместе с песцами. Они охотятся на птиц и воруют яйца из гнезд, и роются в отбросах в поселении, которое находится неподалеку.

Недавно исследователи показали, что невосприимчивость бактерий к антибиотикам увеличивается при повышении температуры воздуха. В частности, потепление в том или ином месте на 10 градусов приводит к увеличению устойчивости на 2-4 процента. Подробнее о том, как у микроорганизмов возникает устойчивость к лекарствам и к чему это может привести, читайте в нашем материале «Конец прекрасной эпохи».

Екатерина Русакова