Найдено мощное оружие против устойчивого к антибиотикам стафилококка

Серьезные инфекции, вызванные бактериями вида золотистый стафилококк (S. aureus), часто сложно поддаются лечению из-за того, что возбудители оказываются устойчивыми к противомикробным препаратам. Но ученые из Медицинской школы Университета Северной Каролины нашли способ исправить ситуацию: они выяснили, как сделать эти опасные бактерии более восприимчивыми к действию распространенных антибиотиков.

В статье, опубликованной в научном издании Cell Chemical Biology, американские исследователи рассказали о своем недавнем открытии. Они обнаружили, что молекулы из семейства полисахаридов – рамнолипиды – могут в сотни раз усиливать действие аминогликозидных антибиотиков, таких как тобрамицин, против S. aureus, включая живучие штаммы, которые иными способами одолеть невозможно. По словам ученых, рамнолипиды видоизменяют мембраны клеток золотистого стафилококка, делая их более гибкими и податливыми, что облегчает проникновение в них антибиотика.

«Существует огромная потребность в новых – более эффективных – методах борьбы с бактериями, которые хорошо переносят лечение стандартными антибиотиками или развивают устойчивость к ним, – говорит главный автор исследования Брайан Конлон, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Медицинской школы Университета Северной Каролины. – В поисках таких методов мы обнаружили, что изменение проницаемости клеточных мембран бактерий для лучшего поглощения ими аминогликозида является чрезвычайно эффективной стратегией в борьбе с золотистым стафилококком».

S. aureus считается самым опасным из всех распространенных стафилококков. Он может вызывать широкий спектр заболеваний, начиная с легких кожных инфекций до смертельно опасных состояний, таких как пневмония, менингит и сепсис. Этот вид бактерий входит в пятерку наиболее частых причин внутрибольничных инфекций, часто вызывая послеоперационные раневые инфекции. Порядка 30% населения мира являются постоянными носителями золотистого стафилококка, который может жить на кожных покровах и слизистых оболочках верхних дыхательных путей.

По данным американского Центра по контролю и профилактике заболеваний, в 2017 году S. aureus стал причиной почти 120 000 случаев серьезных инфекций кровотока в США, из которых 20 000 оказались смертельными. 

Стандартные методы борьбы с большинством штаммов золотистого стафилококка оказываются неэффективными либо потому, что бактерии генетически приобрели устойчивость к определенным антибиотикам, либо потому, что они растут в организме особым образом, который изначально делает их менее уязвимыми. Например, S. aureus способен адаптировать свой метаболизм для выживания в зонах с низким содержанием кислорода – в тканях с гнойным воспалением или заполненных слизью легких у людей с муковисцидозом. В таких средах мембрана бактерий становится относительно непроницаемой для аминогликозидных антибиотиков, таких как тобрамицин.

Брайан Колнон и его коллеги, включая первого автора исследования Лорена Радлински, два года назад обнаружили, что рамнолипиды значительно усиливают действие тобрамицина против стандартных тест-штаммов золотистого стафилококка. Эти полисахариды представляют собой маленькие молекулы, продуцируемые бактериями вида Pseudomonas aeruginosa, известными как синегнойная палочка, и служат их естественным оружием в конкурентной борьбе с другими микроорганизмами в дикой природе. В высоких дозах они продырявливают клеточные мембраны бактерий-противников.

Тогда ученые выяснили, что рамнолипиды существенно увеличивают поглощение молекул тобрамицина, даже в низких дозах, в которых они не имеют собственного антибактериального действия. В новом исследовании они испытали комбинацию рамнолипида и тобрамицина против популяций S. aureus, с которыми в обычной клинической практике справиться не удается. Ученые обнаружили, что полисахариды усиливают действие тобрамицина против:

• бактерий S. aureus, растущих в областях с низким содержанием кислорода;
• метициллин-резистентных S. aureus, представляющих собой семейство опасных разновидностей золотистого стафилококка с генетически приобретенной устойчивостью к лекарственным препаратам;
• тобрамицин-резистентных штаммов S. aureus, выделенных у пациентов с муковисцидозом;
• устойчивых форм S. aureus, которые обычно имеют сниженную восприимчивость к антибиотикам, потому что растут очень медленно.

«Дозы тобрамицина, которые обычно мало или вовсе не влияют на эти популяции S. aureus, быстро убивают их в сочетании с рамнолипидами», – говорит доктор Радлински.

Ученые установили, что даже в низких дозировках рамнолипиды способны видоизменять мембрану бактерий золотистого стафилококка, делая ее намного более проницаемой для аминогликозидных антибиотиков. Каждый из препаратов этого семейства, которые они протестировали, включая тобрамицин, гентамицин, амикацин, неомицин и канамицин, демонстрировали повышенную эффективность. Более того, эксперименты показали, что эта стратегия, подразумевающая усиление их действия, работает не только с S. aureus, но и с некоторыми другими видами бактерий, в том числе Clostridium difficile, которая является основной причиной серьезных, часто фатальных диарейных заболеваний среди пожилых людей и пациентов в больницах.

Рамнолипиды бывают разных типов, и сейчас ученые надеются выяснить, существуют ли среди них оптимальный тип, который будет максимально эффективно бороться с другими бактериями, будучи мало или вовсе нетоксичным для человеческих клеток. Команда также планирует изучить другие виды молекул, являющиеся природным оружием одних бактерий против других, чтобы отыскать новые способы повысить эффективность существующих антибиотиков.

«Существует множество видов бактериального межвидового взаимодействия, которые потенциально могут влиять на действие наших антибиотиков, – говорит доктор Радлински. – Мы стремимся отыскать их с единственной целью – повысить эффективность современных препаратов и замедлить рост устойчивости к антибиотикам».