Обнаружена распространенная в больницах «супербактерия», разлагающая пластик

Ученые обнаружили, что распространенный тип бактерий, вызывающих инфекции в больницах, может разрушать биоразлагаемые пластики, которые часто используются в медицинских приборах и упаковке. Исследование опубликовано в Cell Reports.

Рассматриваемая бактерия, известная как Pseudomonas aeruginosa, является грамотрицательным (классификация основана на цвете, который приобретает бактерия после окрашивания по Граму), палочковидным видом бактерий, легко адаптирующимся и чрезвычайно оппортунистическим, особенно в клинических условиях. Это частая причина госпитальных инфекций, вызывая такие проблемы, как пневмония, инфекции мочевыводящих путей и сепсис, среди прочих проблем.

Бактерия также довольно вынослива. Некоторые типы устойчивы почти ко всем антибиотикам (известные как мультирезистентные, или MDR P. aeruginosa), поэтому их часто называют «супербактериями». В США этот штамм, как известно, ежегодно становится причиной тысяч смертей госпитализированных пациентов, а также десятков тысяч нелетальных инфекций. Люди с ослабленной иммунной системой особенно уязвимы к таким инфекциям.

Это опасный организм, но теперь исследователи обнаружили, что он способен разлагать пластик, который обычно используется в больницах. 

Проведенное в Великобритании исследование выявило фермент Pap1, который вырабатывается P. aeruginosa, взятой из раны. Этот фермент может расщеплять биоразлагаемый пластик, называемый поликапролактоном (PCL), который используется в различных медицинских упаковках и устройствах, таких как шовные материалы, катетеры, вентиляторы, имплантаты и пластиковая упаковка для медицинских инструментов. 

На сегодняшний день обнаружено множество бактерий, которые производят ферменты, разрушающие пластик, но все они были изолированы из окружающей среды. Это первый случай, когда один из них был идентифицирован в клинических условиях.

Это важное достижение, поскольку оно может объяснить, почему эти бактерии так устойчивы в больницах. Если они способны разлагать пластик, то они могут загрязнять поверхности и инструменты, которые в противном случае считались бы стерильными.

Чтобы идентифицировать этот фермент, исследователи взяли ген, кодирующий фермент, и пересадили его в бактерии E. coli. Когда E. coli экспрессировала этот фермент, команда обнаружила, что он начал расщеплять PCL на агаровых пластинах или гранулах. То же самое было справедливо и для P. aeruginosa, выделенной из раны. Наконец, команда создала бактерию P. aeruginosa, у которой был удален ген, кодирующий Pap1; они обнаружили, что эта версия не способна разлагать пластик.

«Это создает ряд клинических проблем, связанных с инфекцией. PCL широко используется в медицине и является одним из материалов, находящихся на переднем крае биотехнологических инноваций благодаря своему благоприятному профилю биосовместимости», — поясняет группа в своей статье. «С точки зрения хозяина, способность патогена нарушить структурную целостность любого медицинского устройства или имплантата, содержащего PCL, может привести к неэффективности медицинского вмешательства».

Возможно, что эта способность разлагать пластик помогает бактериям выживать. Если они могут создавать небольшие углубления или вмятины в пластике, у них есть шанс использовать их в качестве ниш, которые защищают бактерии от иммунной системы, дезинфицирующих средств или антибиотиков.

Команда также обнаружила, что фермент увеличивает количество биопленки, которую бактерии могут производить по сравнению с другой поверхностью, например, стеклом. В общем, если бактерии производят большее количество биопленки, они, скорее всего, будут устойчивы к антибиотикам.

«Биопленки являются основным способом роста бактерий, и использование этого способа роста может сделать патогены особенно устойчивыми к лечению», — поясняет группа.

Чтобы проверить, сделает ли способность этих бактерий образовывать биопленки более вирулентными, команда также имплантировала их в личинки большой восковой моли (Galleria mellonella). Они обнаружили, что изменение присутствия гена, продуцирующего фермент, в имплантате P. aeruginosa повлияло на выживаемость личинок; бактерии, у которых отсутствовал имплантат PCL, были менее вредоносными, чем те, у которых он присутствовал.

В конечном итоге результаты демонстрируют риски, которые представляет P. aeruginosa в медицинских учреждениях, поскольку она может повышать уровень инфицирования, а также приводить к деградации медицинского пластика.

«Поскольку он может разрушаться под воздействием возбудителя инфекции, при проектировании устройства и планировании лечения следует учитывать потенциальный риск повышения риска инфицирования и даже ускоренной деградации имплантатов или швов», — отмечают они. «В медицинские изделия из ПКЛ можно добавлять антимикробные компоненты, чтобы снизить риск инфицирования и биодеградации».

В настоящее время группа разрабатывает тесты, чтобы проверить, могут ли другие патогены вырабатывать ферменты, разлагающие пластик.