Бактерии эволюционировали, чтобы адаптироваться ко всем самым экстремальным условиям Земли, от палящей жары до температур значительно ниже нуля. Ледяные пещеры — это лишь одна из сред, в которых обитают различные микроорганизмы, представляющие собой источник генетического разнообразия, который еще не был тщательно изучен.

Теперь исследователи из Румынии протестировали профили устойчивости к антибиотикам штамма бактерий, который до недавнего времени был скрыт в 5000-летнем слое льда подземной ледяной пещеры, и обнаружили, что это может стать возможностью для разработки новых стратегий по предотвращению роста устойчивости к антибиотикам и изучению того, как устойчивость естественным образом развивается и распространяется. О своем открытии они сообщили в журнале Frontiers in Microbiology.

«Бактериальный штамм Psychrobacter SC65A.3, выделенный из ледяной пещеры Скарисоара, несмотря на свое древнее происхождение, демонстрирует устойчивость к множеству современных антибиотиков и несет более 100 генов, связанных с устойчивостью», — сказала автор статьи д-р Кристина Пуркареа, старший научный сотрудник Института биологии Бухареста Румынской академии наук. «Но он также может ингибировать рост нескольких основных антибиотикорезистентных «супербактерий» и продемонстрировал важную ферментативную активность с значительным биотехнологическим потенциалом».

Древняя резистентность к современным лекарствам

Psychrobacter SC65A.3 — это штамм рода Psychrobacter, который представляет собой бактерии, приспособленные к холодной среде. Некоторые виды могут вызывать инфекции у людей или животных. Бактерии Psychrobacter обладают биотехнологическим потенциалом, но профили антибиотикорезистентности этих бактерий в основном неизвестны. «Изучение микробов, таких как Psychrobacter SC65A.3, извлеченных из тысячелетних ледяных отложений пещеры, показывает, как антибиотикорезистентность развивалась естественным образом в окружающей среде задолго до того, как стали использоваться современные антибиотики», — сказала Пуркареа.

Команда пробурила 25-метровый ледяной керн из области пещеры, известной как Большой зал, представляющий 13 000-летнюю временную шкалу. Чтобы избежать загрязнения, фрагменты льда, взятые из керна, были помещены в стерильные пакеты и хранились в замороженном виде по пути обратно в лабораторию. Там исследователи изолировали различные штаммы бактерий и секвенировали их геном, чтобы определить, какие гены позволяют штамму выживать при низких температурах, а какие придают ему антимикробную резистентность и активность.

Команда пробурила 25-метровый ледяной керн из области пещеры, известной как Большой зал. Источник: Itcus C.

Они проверили устойчивость штамма SC65A к 28 антибиотикам из 10 классов, которые обычно используются или резервируются для лечения бактериальных инфекций, включая антибиотики, которые ранее были идентифицированы как обладающие генами устойчивости или мутациями, придающими им способность противостоять действию лекарств. Таким образом, они могли проверить, приводят ли предсказанные механизмы к измеримой резистентности. «10 антибиотиков, к которым мы обнаружили резистентность, широко используются в пероральной и инъекционной терапии для лечения ряда серьезных бактериальных инфекций в клинической практике», — отметил Пуркареа. Такие заболевания, как туберкулез, колит и инфекции мочевыводящих путей, можно лечить с помощью некоторых антибиотиков, к которым исследователи обнаружили резистентность, в том числе рифампицина, ванкомицина и ципрофлоксацина.

SC65A.3 — первый штамм Psychrobacter, у которого была обнаружена устойчивость к некоторым антибиотикам, включая триметоприм, клиндамицин и метронидазол. Эти антибиотики используются для лечения инфекций мочевыводящих путей, легких, кожи или крови, а также репродуктивной системы. Профиль резистентности SC65A.3 предполагает, что штаммы, способные выживать в холодных условиях, могут служить резервуарами генов резистентности, которые представляют собой специфические последовательности ДНК, помогающие им выживать при воздействии лекарственных препаратов.

Потенциальный риск

Бактериальные штаммы, подобные исследованному здесь, представляют как угрозу, так и перспективу. «Если таяние льда приведет к высвобождению этих микробов, эти гены могут распространиться на современные бактерии, усугубив глобальную проблему антибиотикорезистентности», — сказал Пуркареа. «С другой стороны, они производят уникальные ферменты и антимикробные соединения, которые могут послужить источником вдохновения для создания новых антибиотиков, промышленных ферментов и других биотехнологических инноваций».

В геноме Psychrobacter SC65A.3 исследователи обнаружили почти 600 генов с неизвестными функциями, что указывает на еще неиспользованный источник для открытия новых биологических механизмов. Анализ генома также выявил 11 генов, которые потенциально способны убивать или останавливать рост других бактерий, грибов и вирусов.

Такой потенциал становится все более важным в мире, где антибиотикорезистентность вызывает растущую озабоченность. Возвращение к древним геномам и раскрытие их потенциала подчеркивает важную роль, которую природная среда сыграла в распространении и эволюции антибиотикорезистентности. «Эти древние бактерии имеют важное значение для науки и медицины, — заключил Пуркареа, — но для снижения риска неконтролируемого распространения необходимо соблюдать осторожность при работе с ними и принимать меры безопасности в лаборатории».