Смена антибиотика влияет на частоту мутаций, связанных с резистентностью

При острых бактериальных инфекциях зачастую приходится менять антибиотики в ходе лечения. Неясно, как смена препаратов сказывается на эволюции бактерий и на развитии резистентности к антибиотикам. Для ответа на эти вопросы исследователи из Гарвардской медицинской школы с коллегами из Бостонской детской больницы (США) провели геномный анализ патогенных бактерий, выделенных из мокроты пациентов больницы.

У всех пациентов была диагностирована острая инфекция нижних дыхательных путей, вызванная Pseudomonas aeruginosa. Авторы выделили бактерии из мокроты семи пациентов, находящихся на ИВЛ в Бостонской детской больнице. Затем их культивировали — всего получилось 420 бактериальных колоний — и секвенировали весь геном бактерий этих колоний. Тестирование начинали при появлении симптомов и продолжали по мере протекания заболевания (от 4 до 11 дней) одновременно с лечением антибактериальными препаратами.

Ученые заметили, что со временем генетическое разнообразие бактерий увеличилось. Мутации, ассоциированные с резистентностью, появлялись с низкой частотой в течение нескольких дней после начала терапии.

Авторы также разработали метод секвенирования, позволяющий измерить частоту мутаций in vivo — непосредственно в ДНК из образцов мокроты, не прибегая к предварительному культивированию. Метод сочетает в себе полногеномное секвенирование с глубоким секвенированием ампликонов, связанных с устойчивостью (resistance-targeted deep amplicon sequencing, RETRA-Seq). Такой способ выигрывает у стандартного определения антибиотикорезистентности в условиях клиник — с его помощью можно точнее отследить изменения частоты мутаций устойчивости к антибиотикам с течением времени.

«При клиническом тестировании на чувствительность к антибиотикам мы тестируем несколько колоний бактерий и можем пропустить те, у которых развилась устойчивость. RETRA-Seq анализирует бактериальную популяцию в целом, поэтому он может обнаруживать редкие устойчивые к антибиотикам бактерии с гораздо более высокой чувствительностью, чем обычные клинические методы», — объясняет Алекс МакАдам, доктор медицинских наук, соавтор исследования и медицинский директор Лаборатории диагностики инфекционных заболеваний Бостонской детской больницы.

Ученые заметили, что частота встречаемости редких мутаций устойчивости у P. aeruginosa, не выявляемых с помощью культуральных методов, может увеличиваться почти в 40 раз в течение 5–12 дней в ответ на смену антибиотика. То есть мутации, вызывающие устойчивость к какому-то антибиотику, возникали вскоре после того, как был начат прием этого препарата. При этом количество предыдущих мутаций (обеспечивающих резистентность к прошлому антибиотику) уменьшалось, а иногда они даже исчезали.

По мнению авторов, чередование антибиотиков может быть неплохой стратегией при терапии острых бактериальных инфекций. «Наши результаты показывают, что циклическое применение антибиотиков может быть более эффективным на уровне отдельных пациентов. Мы стремимся использовать наблюдение за геномами для принятия решения о начале терапии — как о типе антибиотика, так и о сроках, а затем для принятия решений о смене антибиотика по мере изменения частоты мутаций устойчивости к антибиотикам», — комментирует Грегори Прибе, доктор медицины из Бостонской детской больницы.

Авторы рассчитывают, что применение новой методики секвенирования поможет врачам в каждом случае бактериальной инфекции выбирать наиболее подходящий антибиотик для лечения — так, чтобы избежать развития устойчивости у бактерий.

Секвенирование генома бактерий в режиме реального времени может быть полезно и при других хронических легочных инфекциях, даже в случае вторичной бактериальной пневмонии у больных COVID-19.