Золотистый стафилококк легко приобретает устойчивость к новым антибиотикам
Разработка антибиотиков — затратный процесс, но бактерии быстро приобретают устойчивость к новым препаратам. Венгерские и китайские ученые показали, что золотистый стафилококк за короткое время становится устойчивым к ряду разрабатываемых или недавно одобренных антибиотиков. В некоторых случаях одновременно возникала кросс-резистентность к другим препаратам. При этом не снижалась скорость роста бактерий и их вирулентность. В этих экспериментах стафилококк не смог противостоять только препарату SCH79797 с двойным механизмом действия.

Разработка новых антибиотиков требует значительных финансовых и временных затрат, однако и к ним бактерии способны быстро выработать устойчивость. Например, разработка далбаванцина — гликопептидного антибиотика, который рекомендован для лечения инфекций, вызванных метициллинрезистентным золотистым стафилококком (MRSA), — началась еще в нулевых, в 2014 году препарат был одобрен в США, а уже через два года патоген приобрел к нему устойчивость. Группа венгерских и китайских ученых показала, что золотистый стафилококк — представитель группы высоковирулентных и резистентных патогенов ESKAPE — способен приобрести устойчивость к ряду недавно одобренных и разрабатываемых антибиотиков в лабораторных условиях.
В работе исследовались афабицин (ингибитор биосинтеза жирных кислот), производное теиксобактина (ингибитор синтеза пептидогликана, нарушает целостность мембраны; далее просто теиксобактин), киномицин (нарушает целостность клеточной стенки), лефамулин (ингибитор синтеза белка), SCH79797 (нарушает целостность мембраны, ингибитор биосинтеза фолата). Все эти антибиотики либо находятся на стадии доклинических или клинических испытаний, либо уже были одобрены к применению. То, насколько быстро золотистый стафилококк способен развить к ним устойчивость, сравнивали с контрольными антибиотиками, которые применяются в клинике уже относительно давно: даптомицином (нарушает целостность клеточной стенки), линезолидом (ингибитор синтеза белка), оритаванцином (ингибитор синтеза клеточной стенки, также нарушает целостность мембраны), оксациллином (ингибитор синтеза клеточной стенки), триклозаном (ингибитор биосинтеза жирных кислот), триметопримом (ингибитор биосинтеза фолата) и ванкомицином (ингибитор синтеза пептидогликана).
Чтобы проверить, приведет ли долгий контакт лабораторного штамма Staphylococcus aureus ATCC 29213 с антибиотиками к выработке устойчивости, ученые провели серию экспериментов по адаптивной эволюции бактерий. Как и ожидалось, золотистый стафилококк быстро выработал устойчивость к тем антибиотикам, которые уже используются в клинике (контрольные). Высокая степень резистентности также была показана по отношению к киномицину, афабицину и лефамулину, средняя — к теиксобактину. Практически никакой резистентности не было продемонстрировано по отношению к SCH79797, что ученые связали с его механизмом действия: этот антибиотик не только ингибирует биосинтез фолата, но и нарушает целостность клеточной мембраны, то есть имеет сразу несколько мишеней.
По итогам эксперимента по лабораторной эволюции ученые получили 48 штаммов золотистого стафилококка, устойчивых к тем или иным антибиотикам. Они решили проверить, становится ли патоген, резистентный к одному препарату, устойчивым еще и к другим. Оказалось, что это происходит примерно в трети случаев. Например, если бактерия приобретала резистентность к теиксобактину, лефамулину или афабицину, то она также становилась устойчивой к контрольным антибиотикам. Зато резистентность к контрольным антибиотикам не делает патоген устойчивым к новым препаратам.
Особенно настораживающим авторы нашли тот факт, что теиксобактин-резистентный стафилококк также приобретал устойчивость одновременно к ванкомицину, даптомицину и оритаванцину. Значит, патогены, получившие резистентность к новому антибиотику, могут вместе с ней приобрести устойчивость и к ряду других препаратов.
Проведя анализ данных полногеномного секвенирования, исследователи выявили 322 независимые мутации, которые позволяли бактериям приобретать устойчивость. Больше 70% из этих мутаций представляли собой однонуклеотидные полиморфизмы, а остальные — инделы. Всего мутации затрагивали сотню белков, и больше четверти мутаций приводили к потере функции какого-либо белка. Оказалось, что для приобретения резистентности к афабицину или триметоприму — антибиотикам с единственной мишенью — хватало мутаций в небольшом количестве генов (2–4 гена). В случае с антибиотиками, механизм действия которых связан с повреждением мембраны, мутации встречались в более разнообразном наборе генов. Это, в свою очередь, повышало риск возникновения кросс-резистентности.
Мутации, связанные с антибиотикорезистентностью, как правило, позволяли патогену «обойти» механизм действия препарата. Например, чтобы защититься от триметоприма, бактерии приобретали мутации в генах, связанных с биосинтезом фолиевой кислоты. В свою очередь, теиксобактин способствует лизису клетки за счет активации системы WalKR: она ответственна за поддержание гомеостаза клеточной стенки и автолиз. У устойчивых к теиксобактину бактерий появлялись мутации как минимум в одном гене этой системы.
Чтобы проверить, приводят ли эти мутации к возникновению кросс-резистентности, ученые экспрессировали ген walK системы WalKR в клетках бактерий, сравнивая дикий тип с мутантными. Бактерии с такими мутациями были в 16 раз более устойчивы к теиксобактину и в 32 раза устойчивее к ванкомицину и даптомицину по сравнению с бактериями дикого типа. Более того, уже было описано, что некоторые из этих мутаций встречались в клинических изолятах S. aureus, устойчивого к ванкомицину или даптомицину.
Считается, что приобретение резистентности может негативно сказываться на приспособленности бактериальных клеток (fitness cost) и на вирулентности. Тесты in vitro показали, что лишь у четверти бактериальных линий, которые проходили через лабораторную эволюцию при контакте с антибиотиками, значительно замедлялся рост по сравнению с исходным штаммом. Когда напрямую сравнивали группы бактерий, устойчивых к новым и к контрольным антибиотикам, оказалось, что устойчивость к новым антибиотикам для бактерий была «дороже».
Вирулентность оценивали на восковой моли (Galleria mellonella). Ее личинки заражали разными линиями бактерий, а затем сравнивали число погибших личинок. Лишь четверть линий, устойчивых к теиксобактину, демонстрировала сниженную вирулентность по сравнению с исходным штаммом стафилококка. А у бактерий, резистентных к даптомицину и ванкомицину, значительно снижалась вирулентность по сравнению с линиями, резистентными к теиксобактину. У 80% и 75% таких линий снижалась вирулентность по отношению к исходному штамму.
На основе этого ученые заключили, что приобретение устойчивости патогенов к теиксобактину потенциально опасно: это не только грозит возникновением кросс-резистентности, но и практически не замедляет рост бактерий и меньше влияет на их вирулентность. В свою очередь, многообещающим остается антибиотик SCH79797, риск возникновения резистентности к которому оказался довольно низким. Ученые предположили, что выбор комбинации из двух механизмов действия — эффективная стратегия разработки новых антибиотиков.
ИИ выявляет антибиотикорезистентные бактерии по микрофотографиям
Источник:
Martins A., et al. Antibiotic candidates for Gram-positive bacterial infections induce multidrug resistance // Science Translational Medicine (2025). DOI: 10.1126/scitranslmed.adl2103