Бактерии живущих с людьми лемуров оказались устойчивы к антибиотикам
Биологи сравнили лемуров из десяти мест с разной степенью влияния человека и секвенировали ДНК их кишечной микробиоты. Оказалось, у лемуров, которые сильнее связаны с человеком (домашних питомцев или содержащихся в ветеринарных центрах), наблюдается больше генов устойчивости к антибиотикам. Кроме того, исследователи просеквенировали и ДНК микробиома почвы. В обоих бактериальных сообществах самыми распространенными оказались гены устойчивости к тетрациклину. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Ecology and Evolution.
Первый антибиотик — пенициллин — появился почти сто лет назад и сразу же стал главным прорывом в фармакологии. В том числе во время Второй мировой войны пенициллином лечили пациентов с разнообразными бактериальными заболеваниями: пневмонией, сифилисом, гангреной, что помогло спасти огромное количество жизней. Уже тогда биологи начали придумывать и новые антибиотики, которые сейчас стали самой эффективной терапией для многих опасных заболеваний.
Однако с развитием этих средств стали эволюционировать и сами патогенные бактерии. Случайно приобретая гены, которые позволяли стать устойчивыми к антибиотикам, патогены сильно выигрывали у своих соседей в естественном отборе и закреплялись в сообществах. Кроме того, такие гены бактерии могут передавать друг другу при помощи горизонтального переноса — обмена участками ДНК, о котором мы писали в материале «Поверх барьеров». Сейчас ученые пытаются бороться с новыми устойчивыми бактериями, но еще в 2015 году открыли ген устойчивости к последнему «антибиотику запаса» — то есть уже в скором времени нам стоит ожидать появления инфекций, которые нельзя вылечить ни одним из антибиотиков.
При этом гены устойчивости распространяются не только среди бактерий человека, но и могут попадать в дикую природу. Устойчивые бактерии через пищу или отходы попадают в микробные сообщества животных, почвы или другие системы, где могут закрепиться или передать свои гены устойчивости другим микроорганизмам. Этот процесс нарушает естественные микробные сообщества и также способствует передаче устойчивых бактерий из них обратно человеку.
Исследователи из университета Дьюка в США под руководством Салли Борнбуш (Sally L. Bornbusch) проверили, как распространение генов устойчивости к антибиотикам затронуло микробное сообщество кишечника лемуров в зависимости от степени влияния человека на них. Для этого биологи собрали образцы фекалий (и микробиомов вместе с ними) у лемуров, живущих в десяти типах мест: семи, где лемуры живут на воле, из двух центров спасения лемуров и у питомцев из нескольких домов. Далее места получили оценки по степени влияния человека по критериям: наличию в них домашних животных или скота, наличию людей, контакту лемуров с людьми и лечению лемуров антибиотиками. В этих местах также собрали образцы почвенных микробиомов.
После этого из образцов почвы и фекалий выделили геномную ДНК бактерий, которую полностью секвенировали. Из геномов выделили гены устойчивости к антибиотикам и посчитали их относительное количество и разнообразие в каждом образце. Из образцов ста лемуров 89 содержали гены устойчивости. При этом у лемуров, которые содержались в неволе (в качестве домашних животных или в центрах), оказалось больше генов устойчивости, чем у других (p<0,05). При этом степень влияния человека коррелировала с количеством генов.
Из всех антибиотиков больше всего (56 ± 36 процентов) генов давали бактериям устойчивость к тетрациклину, входящему в список важнейших лекарственных средств ВОЗ. Также значительными оказались вклады генов устойчивости к ванкомицину, бета-лактаму, аминогликозиду, макролиду и гены множественной устойчивости (от трех до восьми процентов).
Из четырех проанализированных образцов почвенных микробиомов, самая большая доля генов устойчивости к антибиотикам оказалась, соответственно гипотезе, в месте с наибольшим вмешательством человека. В почвенном микробиоме также преобладали гены устойчивости к тетрациклину. Из семейств генов, преобладающих у лемуров, в почве не было лишь ванкомицина и генов множественной устойчивости. Связь генов устойчивости бактерий почвы и кишечников статистически подтвердить не удалось (возможно, из-за небольшого количества образцов).
В последнее время все больше статей свидетельствуют о распространении генов устойчивости к антибиотикам. Например, недавно биологам удалось показать, что за пять лет устойчивые бактерии смогли добраться от Индии до Арктики. Предположительно, микроорганизмы попали на архипелаг вместе с перелетными птицами, которые зимуют на Британских островах, либо их могли привезти люди, а разнесли по острову песцы, которые копаются в отбросах в поселениях.
Анна Муравьева
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.