Замороженные бактерии, которым 5000 лет, оказались устойчивы к антибиотикам

Фото из открытых источников

Бактерии тысячи лет скрывались под горами Румынии, запертые в подземной ледяной пещере, которая тихо хранит застывшую летопись прошлого Земли. Слой за слоем, год за годом, накапливался лед, запечатывая крошечные формы жизни из другой эпохи. Некоторые из этих микробов теперь вернулись на свет. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Frontiers in Microbiology.

Один штамм сразу же бросился в глаза. Он был заперт во льду, образовавшемся 5000 лет назад, и тем не менее способен противостоять нескольким антибиотикам, которые врачи используют сегодня.

В то же время, он способен сдерживать распространение некоторых из самых устойчивых к лекарствам бактерий, встречающихся в больницах. Именно это странное сочетание опасности и потенциала является причиной того, почему ученые не могут его игнорировать.

Это открытие было сделано исследовательской группой под руководством Кристины Пуркареа из Бухарестского института биологии Румынской академии наук.

«Выделенный из ледяной пещеры Скарисоара штамм бактерий Psychrobacter SC65A.3, несмотря на свое древнее происхождение, демонстрирует устойчивость ко многим современным антибиотикам и содержит более 100 генов, связанных с устойчивостью к антибиотикам», — сказала Пуркареа. «Но он также способен подавлять рост нескольких основных устойчивых к антибиотикам «супербактерий» и продемонстрировал важную ферментативную активность, обладающую значительным биотехнологическим потенциалом».

Ледяная пещера Скэришоара — это не маленькая морозильная камера, затерянная в склоне холма. В ней находятся огромные глыбы древнего льда.

Команда пробурила 25-метровый керн из части пещеры, известной как Большой зал. Этот единственный ледяной столб сохранил летопись, охватывающую период в 13 000 лет.

Чтобы предотвратить проникновение современных микробов, учёные обращались со льдом бережно. Они помещали фрагменты в стерильные пакеты и хранили их в замороженном состоянии во время транспортировки. Вернувшись в лабораторию, исследователи выделили различные штаммы бактерий и секвенировали их геномы. Это позволило им определить, какие гены помогают бактериям выживать при низких температурах, а какие связаны с устойчивостью к антимикробным препаратам и их активностью.

Psychrobacter относится к группе бактерий, адаптированных к холодному климату. Некоторые виды могут инфицировать людей или животных. Другие ферменты изучаются на предмет их потенциального применения в промышленности, поскольку холодолюбивые ферменты могут эффективно работать при низких температурах, что позволяет экономить энергию в производстве.

Устойчивость к антибиотикам часто воспринимается как современная проблема, вызванная чрезмерным использованием лекарств в больницах и на фермах. Но этот замороженный штамм рассказывает более длинную историю.

«Изучение таких микроорганизмов, как Psychrobacter SC65A.3, обнаруженных в ледяных отложениях пещер возрастом в тысячелетия, показывает, как устойчивость к антибиотикам развивалась естественным образом в окружающей среде задолго до того, как были использованы современные антибиотики», — сказала Пуркареа.

Исследовательская группа протестировала штамм SC65A.3 на устойчивость к 28 антибиотикам из 10 классов, которые обычно используются для лечения бактериальных инфекций или предназначены для них. Некоторые из этих препаратов имеют решающее значение в клинической практике. Штамм проявил устойчивость к 10 из них.

«Десять антибиотиков, к которым у нас была обнаружена устойчивость, широко используются в пероральной и инъекционной терапии для лечения целого ряда серьезных бактериальных инфекций в клинической практике», — отметила Пуркареа.

В число задействованных антибиотиков входили рифампицин, ванкомицин и ципрофлоксацин, используемые для лечения таких заболеваний, как туберкулез, колит и инфекции мочевыводящих путей.

Штамм SC65A.3 также является первым штаммом Psychrobacter, продемонстрировавшим устойчивость к триметоприму, клиндамицину и метронидазолу. Эти препараты используются для лечения инфекций мочевыводящих путей, а также инфекций легких, кожи, крови и репродуктивной системы.

Геном штамма SC65A.3 содержит более 100 генов, связанных с устойчивостью к антибиотикам.

Полученные данные свидетельствуют о том, что даже в условиях изоляции, задолго до появления больниц и аптек, бактерии уже разрабатывали способы защиты от природных антимикробных соединений в окружающей среде.

Полученные результаты поднимают сложный вопрос. Что произойдет, если древние микробы, заключенные во льду, высвободятся по мере повышения глобальных температур?

«Если таяние льда высвобождает эти микробы, эти гены могут распространиться на современные бактерии, усугубляя глобальную проблему устойчивости к антибиотикам», — сказала Пуркареа. «С другой стороны, они производят уникальные ферменты и антимикробные соединения, которые могут послужить источником вдохновения для создания новых антибиотиков, промышленных ферментов и других биотехнологических инноваций».

Когда учёные картировали геном SC65A.3, они обнаружили почти 600 генов, функции которых до конца ещё не изучены. Это огромный участок генетического материала, который ещё предстоит исследовать.

Эксперты также обнаружили 11 генов, которые могут убивать или замедлять рост других бактерий, грибков и даже вирусов.

Подобные способности привлекают внимание. Всемирная организация здравоохранения уже много лет предупреждает, что устойчивость к антибиотикам входит в число самых больших угроз для глобального здравоохранения.

Инфекции, которые раньше врачи успешно лечили стандартными методами, теперь сложнее контролировать, а в некоторых случаях и выжить после них сложнее. Некоторые внутрибольничные «супербактерии» невосприимчивы к лечению несколькими препаратами.

«Эти древние бактерии имеют важное значение для науки и медицины, но для снижения риска неконтролируемого распространения необходимы тщательное обращение и соблюдение мер безопасности в лаборатории», — сказала Пуркареа.

Этот микроб, замороженный на протяжении тысячелетий, появился на свет в мире, преображенном антибиотиками. Его выживание показывает, что борьба между бактериями и антимикробными соединениями началась не в XX веке, а продолжается в природе на протяжении тысячелетий.