Ученые Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН провели комплексное исследование, как у бактерий Neisseria, в том числе возбудителя гонореиN. gonorrhoeae, формируется устойчивость к антибиотику спектиномицину и почему такие устойчивые штаммы плохо закрепляются в популяции. Это давно замеченный эпидемиологический феномен: вспышки устойчивости фиксировали в разных странах, но устойчивые штаммы вымывались из популяции – в отличие от пенициллинов или фторхинолонов, где резистентность закрепляется надолго. На фоне растущей резистентности гонококка к цефалоспоринам спектиномицин снова рассматривается как препарат резерва, поэтому исследовать механизмы устойчивости к нему стало практически важно.
Исследователи реконструировали эволюцию in vitro трёх видов Neisseria и получили 19 устойчивых клеточных линий. Каждую охарактеризовали по уровню устойчивости, расшифровали полный геном, измерили скорость роста и построили молекулярные модели взаимодействия мутировавшего белка с рибосомой. Была замечена конвергентная эволюция: все без исключения высокоустойчивые линии приобретали мутации в одном и том же ограниченном участке рибосомного белка RpsE – так называемой «петле 2». Мутации отличались (замены и делеции аминокислот), но все били в одну точку. Это указывает, что путь к высокоуровневой устойчивости очень узкий – фактически «эволюционное бутылочное горлышко».
Второй ключевой вывод объясняет исчезновение устойчивости. Все мутации рибосомного белка RpsE значительно снижали жизнеспособность бактерий. Моделирование объяснило: мутации разрушают тонко настроенную сеть контактов между белком RpsE и рибосомной РНК, искажая геометрию сайта связывания антибиотика. Проще говоря, чтобы сопротивляться воздействию спектиномицина, бактерия вынуждена нарушать собственный аппарат синтеза белка, за что «расплачивается» снижением скорости роста. Как только давление антибиотика снимается, клетки с такими мутациями проигрывают конкуренцию бактериям без них.
Полученные результаты впервые дают молекулярное объяснение этому феномену и подтверждают потенциал спектиномицина как препарата резерва. Вместе с тем авторы обнаружили компенсаторные мутации во вспомогательных белках, которые частично восстанавливают скорость роста, не убирая саму устойчивость, – а значит, при более широком применении препарата высокорезистентные штаммы всё же могут закрепиться. Это подчёркивает необходимость постоянного геномного мониторинга циркулирующих штаммов.
Результаты исследования опубликованы в "International Journal of Molecular Sciences"
Изображение на обложке: разработано Magnific
