Антибиотики способствуют вставке новых спейсеров в локусы CRISPR

Штамм PA14 синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa имеет систему CRISPR-Cas типа I-F и служит модельным объектом для изучения процесса вставки новых спейсеров в локусы CRISPR. В новой работе британские и российские исследователи из Сколковского института науки и технологии показали, что малые концентрации бактериостатических антибиотиков способствуют приобретению синегнойной палочкой устойчивости к фагам. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.

Авторы изучали, как восемь разных антибиотиков влияют на CRISPR-адаптацию в клетках P. aeruginosa при инфицировании фагом DMS3vir. Четыре из этих антибиотиков обладали бактерицидным действием, то есть убивали бактериальные клетки, а четыре других — хлорамфеникол, тетрациклин, эритромицин и триметоприм — замедляли деление бактерий, то есть являлись бактериостатиками. Наиболее выраженным бактериостатическим действием обладали хлорамфеникол и тетрациклин. Под действием бактериостатиков в клетках P. aeruginosa активно шел процесс вставки новых спейсеров в локус CRISPR. Ученые заключили, что бактериостатические антибиотики способствуют приобретению новых спейсеров, поскольку замедляют рост и деление бактериальных клеток.

Бактериостатики влияют и на течение фаговой инфекции, поскольку жизненный цикл фага напрямую зависит от активности синтеза белка и метаболизма бактериальной клетки. Благодаря замедлению жизненного цикла фага в присутствии бактериостатических антибиотиков у клеток появляется больше времени для того, чтобы приобрести новые CRISPR-спейсеры и стать устойчивыми к заражению.

Любопытно, что под действием других факторов, сдерживающих рост бактериальной культуры, например, при наличии в среде только «неудобных» источников углерода, приобретение CRISPR-спейсеров также ускоряется. Вероятно, в этих условиях клетки тоже получают больше времени для вставки новых спейсеров. По мнению авторов, полученные данные указывают на то, что многие антибиотики, используемые в клинической практике, могут приводить к ускоренному возникновению устойчивости к бактериофагам. Это необходимо учитывать при комбинировании антибиотиков и фаговой терапии бактериальных инфекций.

На вопросы PCR.NEWS ответила одна из соавторов работы, аспирантка Центра наук о жизни Сколковского института науки и технологий Елена Курилович.

Можно ли ожидать, что усиление адаптации под действием антибиотиков-бактериостатиков будет происходить и в системах CRISPR-Cas другого типа?

Я бы предположила, что да, так как логика эффекта более-менее общая.

Можно ли на данном этапе сказать, в каких бактериальных клетках адаптация будет идти быстрее: в клетках с устойчивостью к антибиотикам или без нее?   

Если бактерии устойчивы к каким-либо бактериостатикам, то описанных эффектов на развитие обусловленной CRISPR устойчивости к фагам эти антибиотики оказать не смогут. В такой культуре CRISPR-адаптация в присутствии соответствующего антибиотика будет идти менее эффективно, чем в чувствительной. Мы подтвердили этот эффект на примере устойчивого к хлорамфениколу штамма PA14. А вот присутствие бактериостатиков в бедной среде может не оказать заметного влияния на эффективность CRISPR-адаптации: клетки будут активно приобретать спейсеры, и устойчивость к этим антибиотикам уже не будет играть такой роли. В этом случае решающим также может оказаться и количество антибиотика в среде, поскольку чувствительные клетки, в отличие от устойчивых, просто могут не выжить при высоких концентрациях.