Учёные выяснили, как бактерии в кишечнике обмениваются генами устойчивости к антибиотикам

Изображение срезов слепой и ободочной кишки. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66413-4

Исследователи из Медицинской школы Йонг Лоо Лин Национального университета Сингапура обнаружили, как определённый класс генетических векторов эффективно распространяет устойчивость к антибиотикам в кишечнике, позволяя даже высоковирулентным бактериям приобретать лекарственную устойчивость в реальных условиях.

Речь идёт о так называемых «супербактериях» — микроорганизмах, которые одновременно высоко вирулентны и устойчивы к антибиотикам, что представляет особую опасность в медицинских учреждениях.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, как гены устойчивости (AMR) передаются в кишечнике, который может быть основным резервуаром таких генов из-за огромного количества обитающих там бактерий.

Исследовательская группа. Автор: NUS Medicine

Используя лабораторные модели, имитирующие условия человеческого кишечника, команда изучила, как плазмиды — мобильные молекулы ДНК, выступающие переносчиками генов устойчивости — перемещаются между обычными кишечными бактериями, такими как кишечная палочка (E. coli), и гипервирулентной клебсиеллой пневмонии (hvKp).

Было обнаружено, что особая группа плазмид, известная как PTU-P2, особенно хорошо приспособлена к бедной кислородом (анаэробной) среде кишечника. Эти плазмиды передавали гены устойчивости гораздо эффективнее, чем их близкородственные аналоги, в условиях, имитирующих кишечные.

Ключевым открытием стало то, что, попав в нового бактериального хозяина, эти плазмиды могли продолжать распространяться даже после исчезновения исходных бактерий-доноров, позволяя устойчивости сохраняться и усиливаться внутри микробного сообщества кишечника.

«Наши результаты показывают, что не все плазмиды устойчивости, даже принадлежащие к одной категории, ведут себя одинаково. Некоторые из них эволюционно адаптированы к кишечнику млекопитающих, где они могут тихо и эффективно распространять устойчивость к антибиотикам. Эти адаптированные к кишечнику плазмиды представляют собой скрытый, но серьёзный риск возникновения трудноизлечимых инфекций», — пояснил доцент Ган Юн Хвен.

Также исследование опровергло предыдущие представления о том, что толстая слизистая капсула гипервирулентной клебсиеллы служит надёжным барьером против генетического обмена. В условиях нехватки кислорода, характерных для кишечника, эта капсула становится менее вязкой, что облегчает передачу плазмид.

«В лаборатории hvKp часто кажется относительно устойчивой к передаче плазмид. Но в кишечнике, где уровень кислорода очень низок, этот барьер ослабевает, и бактериям становится гораздо легче передавать генетический материал друг другу. Это помогает объяснить, почему мы всё чаще видим, как гипервирулентные штаммы приобретают устойчивость к антибиотикам в больницах по всему миру», — отметил первый автор исследования доктор Мелвин Йонг.

Исследование также показало, что вторичная передача, при которой бактерии, уже получившие плазмиду, передают её другим, играет доминирующую роль в поддержании распространения устойчивости в кишечнике. Это означает, что даже кратковременный контакт с устойчивыми бактериями может привести к длительной передаче AMR.

Комбинируя экспериментальную работу с крупномасштабным геномным анализом миллионов бактериальных геномов по всему миру, команда показала, что плазмиды PTU-P2 гораздо чаще встречаются у бактерий, ассоциированных с человеком, чем у их природных аналогов. Это говорит о том, что текущие усилия по мониторингу AMR, часто фокусирующиеся только на генах устойчивости, могут пропустить высокорисковые плазмиды до того, как они станут повсеместными.

На основе этой работы исследователи намерены найти стратегии для блокирования передачи плазмид в кишечнике и улучшить раннее обнаружение высокорисковых переносчиков AMR в клинических условиях.