Ученые выявили генетические и фенотипические (внешние) особенности бактерий, связанные с их способностью формировать устойчивые к антибиотикам биопленки. Исследователи изучили бактерии, вызывающие заболевания у сельскохозяйственных животных, и показали: микроорганизмы с определенными генами и высокой способностью к образованию биопленок значительно хуже поддаются действию лекарств. Полученные данные помогут точнее выявлять потенциально опасные штаммы и разрабатывать новые подходы к борьбе с устойчивыми инфекциями в животноводстве. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Аграрный вестник Урала».
Для лечения сельскохозяйственных животных ветеринарные специалисты часто используют антибиотики. Бесконтрольное применение таких препаратов приводит к тому, что бактерии теряют к ним чувствительность — они «находят» молекулярные механизмы для обезвреживания и выведения этих молекул из клетки. Более того, многие бактерии способны объединяться в сложные сообщества — биопленки, — в которых они покрыты защитной слизью. Биопленки часто формируются на поверхностях доильных аппаратов, поилок и другого оборудования, и это приводит к постоянному распространению инфекций среди сельскохозяйственных животных. При этом, хотя и было известно, что биопленки повышают устойчивость микроорганизмов к действию лекарств, до сих пор оставалось не до конца понятно, какие именно генетические механизмы лежат в основе формирования нечувствительных к антибиотикам бактериальных сообществ и насколько выраженность (толщина и прочность) биопленок связана с лекарственной устойчивостью.
Ученые из Омского государственного аграрного университета имени П.А. Столыпина (Омск) и Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра УрО РАН (Екатеринбург) выяснили, какие гены-маркеры и свойства самих бактерий определяют формирование устойчивых биопленок у болезнетворных микроорганизмов, поражающих крупный рогатый скот и свиней.
Авторы исследовали бактерии кишечной палочки и стафилококка — широко распространенные виды, вызывающие у сельскохозяйственных животных воспаление молочных желез и кишечника, а также другие болезни. Специалисты собрали образцы микроорганизмов со слизистых крупного рогатого скота и свиней, а также с поверхностей технологического оборудования в животноводческих хозяйствах.
В первую очередь ученые оценили, как быстро бактерии образуют биопленки, находясь в питательной среде, а также исследовали свойства — толщину и прочность — формируемых сообществ. Кроме того, авторы провели молекулярно-генетический анализ ключевых генов, связанных с образованием внеклеточного матрикса — «каркаса» для построения биопленок. У кишечной палочки исследователи оценили наличие генов csgD, fliA и bcsA, а у стафилококка — icaD, fnbB и clfB. Параллельно авторы проверили чувствительность микроорганизмов к четырем популярным антибиотикам. Это позволило установить, какие именно гены определяют способность бактерий активно образовывать биопленки и благодаря этому терять чувствительность к антибактериальным препаратам.
Эксперименты показали: бактерии, имеющие гены csgD, fliA и bcsA (в случае кишечной палочки) и icaD, fnbB и clfB (в случае стафилококка) и активно синтезирующие внеклеточный матрикс, а потому образующие более плотные и прочные биопленки, имели повышенную устойчивость к действию антибактериальных препаратов. Так, например, стафилококки, формирующие толстые и прочные скопления, оказались на 37–53% менее чувствительны ко всем тестируемым антибиотикам.
Проведенное исследование существенно расширяет понимание молекулярных и фенотипических механизмов, связывающих образование биопленок с развитием лекарственной устойчивости у бактерий, распространенных в животноводстве.
«Полученные данные будут полезны для сотрудников ветеринарных служб и сельскохозяйственных предприятий, поскольку они позволят разрабатывать эффективные стратегии контроля инфекций, не поддающихся лечению с помощью существующих антибиотиков. Такой контроль поможет уменьшить риск распространения устойчивых бактерий среди животных и человека и повысить безопасность продуктов животного происхождения, эффективно развивать сельское хозяйство. В дальнейшем мы планируем расширить исследования в области разработки новых подходов к диагностике и профилактике инфекций в животноводстве, ассоциированных с образованием биопленок», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Антоневский, кандидат ветеринарных наук, ассистент кафедры ветеринарной микробиологии, инфекционных и инвазионных болезней факультета ветеринарной медицины ИВМиБ Омского ГАУ.
Изображение: руководитель проекта Надежда Лещёва проводит оценку роста микроорганизмов на питательных средах. Источник: Игорь Антоневский / Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина.
Источник: РНФ
