Медь может вызывать устойчивость бактерий к антибиотикам, но решение найдено

Фунгицид на основе медного купороса и извести на виноградных листьях возле Монтевибьяно, провинция Перуджа, Италия. Автор: Pg1945/Wikimedia Commons

Медь стала союзником в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями. Например, растворы медного купороса используются с XVIII века для борьбы с грибковыми инфекциями в виноградниках, садах и других сельскохозяйственных угодьях. Медные поверхности также применяются в медицине для поддержания стерильности. Однако чрезмерное использование меди может создать проблему, которую она призвана решать.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Evolution, Medicine and Public Health, микробиологи из UCLA обнаружили, что активное применение медных антимикробных средств может также провоцировать устойчивость бактерий к антибиотикам. Однако устойчивость быстро снижается при отсутствии контакта с медью, что позволяет предположить: чередование меди с другими методами может помочь снизить резистентность.

«Мы обнаружили, что бактерии, развивающие устойчивость к меди, также становятся устойчивыми к антибиотикам, вероятно, потому что используют биологические механизмы, помогающие им сопротивляться меди, и для борьбы с антибиотиками», — пояснила ведущий автор исследования Сада Бойд-Ворса, бывшая постдокторантка UCLA.

Бактерии, устойчивые к антибиотикам, представляют серьёзную угрозу для медицины. Резистентные штаммы появляются из-за того, что отдельные особи в бактериальной популяции выживают после курса антибиотиков и передают последующим поколениям признаки, которые помогли им выжить. Этот процесс, называемый естественным отбором, приводит к распространению устойчивости.

Как и антибиотики, любые средства для уничтожения микробов (бактерий, вирусов, дрожжей и грибков) могут создавать среду, способствующую развитию устойчивости. Это касается химикатов, металлов, экстремальных температур.

«В предыдущих исследованиях мы выяснили, что механизм, помогающий бактериям справляться с древним стрессором — экстремальными температурами, может быть тем же, что они используют против антибиотиков», — отметила соавтор исследования Памела Йе, профессор экологии и эволюционной биологии UCLA.

Методология исследования

Учёные выращивали колонии кишечной палочки (E. coli) в чашках Петри, подвергая их воздействию медного купороса — распространённого дезинфектанта и фунгицида. Выжили только 8 из 50 популяций, и последующие поколения этих бактерий снова подвергались воздействию меди, чтобы развить устойчивость. Затем медрезистентные бактерии проверили на устойчивость к антибиотикам — она подтвердилась.

Генетический анализ выявил 477 мутаций у устойчивых к меди бактерий, которых не было в контрольных популяциях. Некоторые мутации затрагивали гены, связанные с устойчивостью к металлам, но не к антибиотикам. Это подтверждает гипотезу, что бактерии используют одни и те же механизмы для борьбы с разными стрессорами.

«Медь по-прежнему отличный антимикробный агент, но нам нужно быть осторожными в её использовании, чтобы не усугубить проблему резистентности», — подчеркнула Бойд-Ворса, ныне доцент Университета Уинстон-Сейлем.

К удивлению учёных, устойчивость бактерий начала снижаться уже через 7 дней без контакта с медью. В некоторых популяциях она оставалась высокой, в других — падала до исходного уровня, что указывает на генетическую вариабельность.

Чередование меди с другими антимикробными средствами может стать эффективной стратегией контроля бактерий без развития устойчивости. Хотя исследование проводилось на E. coli, учёные полагают, что выводы применимы и к другим бактериям.

«Нет причин полагать, что этот механизм не работает у других, а возможно, и у всех видов бактерий, поскольку механизмы устойчивости, вероятно, эволюционно древние», — заключила Йе.

Подробнее: Сада Бойд-Ворса и др., Survival, Resistance, and Fitness Dynamics of Escherichia coli Populations After Prolonged Exposure to Copper, Evolution, Medicine, and Public Health (2025). DOI: 10.1093/emph/eoaf015

Источник: University of California, Los Angeles