Лекарственно устойчивый штамм E.coli успешнее чувствительного штамма даже в отсутствие антибиотиков

Внекишечная патогенная Escherichia coli (ExPEC) — общее название для линий кишечной палочки, которые инфицируют другие органы, помимо кишечника, например, мочевыводящие пути. Эти линии, как и многие другие патогены, могут быть устойчивыми к противомикробным препаратам, причем плазмиды устойчивости встречаются у них намного чаще, чем у кишечной E. coli. Масштабные исследования инфекций кровотока показали, что наиболее распространенные линии ExPEC — ST131, ST73, ST69, ST95, ST410 и члены комплекса ST10. Частота возникновения множественной лекарственной устойчивости в них неодинакова, МЛУ «сконцентрирована» в некоторых линиях, распространенных по всему миру, среди которых наиболее успешная — ST131.

Ранее было показано, что МЛУ-штаммы могут быстро и бессимптомно колонизировать кишечный тракт людей, в том числе не принимающих антибиотики. Например, исследование с участием 1847 жителей Нидерландов, совершавших поездки в Азию, Африку и Южную Америку, показало, что 34 % путешественников приобрели E. coli с устойчивостью к цефалоспоринам (имеющих гены бета-лактамаз расширенного спектра, ESBL); среди тех, кто путешествовал в Азию, — 75%. У 11% колонизированных устойчивые кишечные палочки сохранились через 12 месяцев. Это значит, что линия, обладающая устойчивостью, имеет какое-то дополнительное селективное преимущество. Авторы статьи в PLoS Biology подтвердили это экспериментально. В опытах на гнотобионтных (лишенных собственной микробиоты) мышах они показали, что E. coli ST131 успешно конкурирует с E. coli, не обладающей устойчивостью, и вытесняет ее из кишечника даже не на фоне лечения антибиотиками.

Мышей колонизировали одновременно непатогенной E. coli без МЛУ и патогенным внекишечным штаммом без МЛУ (ST73, линия F084) или с МЛУ (ST131, линия F016). Оказалось, что оба патогенных штамма E. coli вытесняют непатогенного конкурента при совместном заражении; авторы показали в опытах с культивированием in vitro, что причиной не была продукция токсина или фага.

Затем мышей, уже колонизированных непатогенным штаммом, заражали одним из двух патогенных штаммов. В этом случае конкурента вытеснял E. coli ST131, но не патогенный штамм, лишенный МЛУ. Когда мышей, колонизированных непатогенным штаммом или E. coli ST131, содержали вместе, первые заражались от вторых, и также происходило вытеснение. На этот процесс, по-видимому, не влияли ни способность бактерий к колонизации, ни реакция иммунной системы хозяина: то и другое было примерно одинаковым для всех штаммов.

Чтобы исследовать генетическую основу этого явления, авторы проанализировали метаболические возможности штаммов с помощью фенотипического микрочипа Biolog и обнаружили измененный углеродный метаболизм у E. coli ST131. Функциональный пангеномный анализ 19 571 генома Е. coli показал, что носительство генов устойчивости к антимикробным препаратам ассоциировано с увеличением разнообразия генов метаболизма и транспорта углеводов. В ключевых метаболических локусах ST131 наблюдались рекомбинационные события, которых не было в ST73. Авторы отмечают, что обнаруженные геномные сигнатуры сложны и требуют дальнейшего изучения.

Таким образом, штаммы, обладающие МЛУ, имеют конкурентное преимущество перед чувствительными к лекарственным препаратам комменсальными штаммами, даже если отсутствует селективное давления антибиотиков. Это объясняет эволюционный успех устойчивых штаммов и в очередной раз подчеркивает важную роль метаболизма в эволюции патогенных бактерий.

Бактерии можно лишить устойчивости к антибиотикам с помощью генного редактирования