Средства для дезинфекции в малых концентрациях стимулируют антибиотикорезистентность бактерий

Устойчивость все новых бактерий к антибиотикам и появление «суперпатогенов» — одна из самых важных угроз для общественного здравоохранения. Ее причина — массовое и не всегда продуманное использование антибактериальных препаратов в медицине, сельском хозяйстве и т.д. По мере появления все новых микробов со множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) требуется создание новых препаратов для лечения инфекций, поэтому человек и бактерии ведут своего рода «гонку вооружений».

Необходимость ограничивать и контролировать применение антибиотиков широко обсуждается, чего нельзя сказать о средствах для дезинфекции и антисептиках. Между тем масштабы их использования огромны, а опасения насчет связанной с ними антибиотикорезистентности звучат давно. Этой проблеме посвящена статья в Nature Microbiology, авторы которой — ученые из Австралии и Великобритании — исследовали эффекты небольших концентрация десяти популярных биоцидов на Acinetobacter baumannii, оппортунистическом патогене с МЛУ.

Биоциды используют для дезинфекции и антисептической обработки как инструментов, приборов и помещений, так и поверхностей тела и ран. Новое исследование рассмотрело десять самых популярных биоцидов, в том числе нитрат серебра, бензалкония хлорид, хлоргексидин, триклозан, гипохлорит натрия и этиловый спирт.

Большинство средств для дезинфекции нарушает целостность мембран бактерий и их электрохимический потенциал, что, как установили авторы, может стимулировать развитие МЛУ. Авторы использовали штамм A. baumannii BAL062 для инсерции в его геном транспозонов и получения большого количества мутантов (метод TraDIS, transposon-directed insertion-site sequencing).

Полученную библиотеку A. baumannii подвергли действию всех десяти биоцидов в низкой концентрации — меньшей, чем требуется для ингибирования роста. Затем оценили частоту встречаемости отдельных мутаций у выживших клеток и сравнили ее с контролем. Это позволило выявить генетические детерминанты резистентности к биоцидам.

В целом список таких генов соответствует ранее полученным данным. Например, кодирующий помпы МЛУ оперон adeABC и его активатор adeRS имели значительно меньшее число вставок у бактерий, которые обработали хлоридом бензалкония — известным субстратом AdeABC. Отмечены и другие гены, роль которых в антибиотикорезистентности была известна. Например, было выявлено меньше инсерций в гене lpsC, кодирующей гликозилтрансферазу, фермент синтеза липоолигосахаридов.

Для некоторых описанных генов отметили новые функции: так, участвующий в синтезе пиримидинов ген pyrC оказался важен для устойчивости к нитрату серебра.

Полученные с помощью TraDIS результаты подтвердили в экспериментах с 13 изолятами A. baumannii, несущими мутации в отдельных генах, важных для метаболизма антибиотиков. Для этих мутантов измерили минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) всех десяти биоцидов. Результаты по большей части совпали. При этом метод TraDIS оказался более чувствителен и лучше выявил небольшие изменения в популяциях бактерий.

Далее в статье описаны эффекты попадания транспозонов в конкретные гены с определенными клеточными функциями. Так, инсерции в ген ацетилтрансферазы lpxL участились после обработки бактерий катионными детергентами, включая хлоргексидин и бромид цетилтриметиламмония.

Значительные изменения затронули гены K-локуса A. baumannii, который участвует в формировании полисахаридной капсулы бактерии. Обработка нитратом серебра уменьшила число вставок в ряд генов кластера, что говорит об их специфической роли в нейтрализации этого биоцида. Существенно реже наблюдались инсерции в генах OC-кластера, который задействован в биосинтезе внешних липоолигосахаридов бактерии.

Обработка восемью различными биоцидами снизила число инсерций в генный кластер csuA/BABCDE, ответственный за работу специфического шаперона бактериальных пилей (chaperone-usher pilus). Выходит, функциональные пили также участвуют в устойчивости к биоцидам.

У A. baumannii описано 16 систем помп, удаляющих ксенобиотики из клетки. Среди них особенно велико клиническое значение системы AdeABC, состоящей из трех компонентов. Частота инсерций в гене одного из них (adeB) снизилась после обработки хлоргексидином, хлоридом бензалкония и некоторыми другими препаратами.

Нитрат серебра и некоторые другие биоциды затронули гены синтеза пептидогликанов и гены, определяющие продолговатую форму клетки. Это вызвало характерные изменения мембранных структур и морфологии бактерий.

Инсерционный мутагенез также заметно повлиял на энергетический метаболизм A. baumannii. Нитрат серебра изменил частоту вставок в гены, кодирующие ферменты цикла Кребса — sucC и sucD, и повлиял на клеточное дыхание бактерии.

Авторы предположили, что нитрат серебра и другие антисептики меняют мембранный потенциал патогена, поэтому замерили эту величину с помощью проточной цитометрии до и после обработки препаратами. Потенциал мембраны A. baumannii действительно резко упал под действием 8 из 10 биоцидов — исключением были только триклозан и этиловый спирт.

Подобные изменения мембраны должны влиять на поток растворимых компонентов цитоплазмы наружу за счет изменения работы ионных насосов, которые используют градиент концентраций протонов. Это, в свою очередь, нарушает поступление внутрь бактерий тех антибиотиков, мишенями которых являются внутриклеточные структуры, а также работу препаратов, зависящих от потока протонов через мембрану.

Таким образом, исследование доказало роль антисептиков и препаратов для дезинфекции (даже в самых низких концентрациях) в появлении устойчивых к антибиотикам бактерий. Это важный аргумент против их избыточного и неконтролируемого использования.

Антибиотик, отвергнутый из-за токсичности, показал хорошие результаты после очистки