Когда два антибиотика хуже одного

Бактериальные патогены, такие как Staphylococcus aureus, постоянно эволюционируют, приобретая как резистентность, так и персистенцию, когда небольшие изогенные субпопуляции бактерии изменяют свой фенотип, чтобы временно избежать действия антибиотиков. Из-за персистенции антибиотик сначала быстро убивает нормальные клетки, а затем затем медленно — персистентные бактерии. Из-за развития резистентности и персистенции снижается эффективность антибиотиков, поэтому исследователи обращают свое внимания на их комбинации.

Лабораторные эксперименты показали, что эффективность комбинаций повышается с добавлением каждого следующего антибиотика, однако отдельные комбинации могут выбиваться из этого тренда из-за синергии и антагонизма. Антагонизм может быть так силен, что комбинация становится менее эффективной, чем один из препаратов, а иногда и оба препарата по отдельности (невзаимное и взаимное подавление).

Существует много исследований, посвященных влиянию комбинаций препаратов на подавление роста бактерий, но меньше — на преодолению персистенции. Измерять выживание бактерий после долговременного воздействия препаратов и комбинаций сложно, так как требуется оценивать низкие плотности выживших клеток. Исследователи из Израиля разработали метод высокопроизводительного анализа эффективности препаратов с помощью микрочашек и автоматического анализа изображений. Всего было проанализировано более 25 000 изображений, при этом оценивалось число микроколоний Staphylococcus aureus при различных разведениях. Авторы оценили работу 14 антибиотиков и их попарных комбинаций.

Сначала ученые рассмотрели раннее действие антибиотика (early killing) в течение первых 90 минут, а также подавление роста бактерии (growth inhibition). Они продемонстрировали примеры синергии, антагонизма и невзаимного подавления активности антибиотиков, но не всегда эти взаимодействия совпадали для двух стадий. Примера взаимного подавления выявлено не было.

Напротив, при оценке долговременного воздействия (восемь часов) антибиотиков на бактерию были показаны случаи взаимного подавляющего действия антибиотиков. Особенно часто это явление встречалось среди антибиотиков, действующих на клеточную стенку и ингибирующих синтез белков (то есть цидных препаратов и бактериостатиков).

В некоторой степени то, как будут действовать антибиотики друг на друга в долгосрочном периоде, можно предсказать, посмотрев, как они взаимодействуют в первые 90 минут. Однако существуют и различия. Так, есть примеры того, как невзаимное подавление одного антибиотика другим только усиливалось со временем, становясь иногда при этом взаимным. Тот же эффект авторы продемонстрировали в присутствии человеческой сыворотки и на личинках большой восковой моли Galleria mellonella, хотя на личинках эффект проявлялся в меньшей степени.

Далее авторы проверили все возможные комбинации шести часто применяемых цидных препаратов и бактериостатиков. При долговременном воздействии добавление каждого следующего антибиотика снижало эффективность смеси. При рассмотрении раннего действия антибиотиков такого эффекта не наблюдалось. Авторы еще раз показали, что это характерно именно для смеси цидных препаратов и бактериостатиков. Если добавить в смесь препарат, цидное действие которого не зависит от метаболизма клетки, эффективность смеси препаратов значительно возрастает.

На смеси резистентных и чувствительных штаммов ученые показали, что комбинация препаратов со взаимным подавлением может способствовать отбору против резистентных штаммов. Эффект продемонстрировали как in vitro, так и на личинках. Авторы подчеркивают необходимость оценки долговременного действия комбинаций препаратов для подбора эффективной терапии.