Иерусалим, 26 апреля 2026 г. (TPS-IL) — Бактерии могут препятствовать соседним бактериям приобретать полезные гены, в том числе те, которые обеспечивают устойчивость к антибиотикам, уничтожая общую ДНК во время передачи, согласно выводам группы израильских, индийских и немецких исследователей. Они обнаружили, что микробы осуществляют гораздо больший контроль над генетическим обменом, чем считалось ранее.
Устойчивость к антибиотикам — это способность бактерий выживать и продолжать размножаться, несмотря на лечение препаратами, которые обычно убивают их или останавливают их рост. Она вызвана генетическими изменениями в бактериях, часто обусловленными чрезмерным и неправильным использованием антибиотиков, что позволяет возникать и распространяться устойчивым штаммам.
По мере того как бактерии эволюционируют, чтобы противостоять существующим препаратам, такие заболевания, как пневмония, инфекции мочевыводящих путей и инфекции кровотока, становятся все труднее, а иногда и невозможнее вылечить. Органы здравоохранения, включая Всемирную организацию здравоохранения, предупреждают, что устойчивые инфекции уже ежегодно приводят к миллионам смертей во всем мире и могут резко возрасти без эффективного вмешательства.
Исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Еврейского университета — Хадасса в Иерусалиме, показало, что бактерии не являются просто открытыми системами, свободно обменивающимися полезными признаками. Вместо этого они могут блокировать передачу полезных генов соседним клеткам, уничтожая поступающую ДНК до того, как она закрепится. В исследовании также приняли участие исследователи из Центрального научно-исследовательского института пищевых технологий в Майсуре (Индия) и Института клеточной биологии Университета Тюбингена (Германия).
«Это открытие меняет наше представление о бактериальных сообществах», — сказал профессор Еврейского университета Сигал Бен-Йехуда, один из ведущих авторов исследования. «Бактерии не просто сотрудничают, обмениваясь генами — они конкурируют и тщательно решают, что сохранить, а что отвергнуть».
Бактерии часто обмениваются генетическим материалом посредством плазмид — небольших молекул ДНК, которые могут нести благоприятные признаки, такие как устойчивость к антибиотикам. Исследование было сосредоточено на относительно недавно выявленном механизме передачи генов, включающем крошечные структуры, известные как нанотрубки, которые соединяют соседние бактериальные клетки и позволяют осуществлять прямой, контактный обмен ДНК.
В отличие от более привычных процессов, таких как трансформация или конъюгация, передача через нанотрубки позволяет ДНК перемещаться в обоих направлениях, давая клеткам возможность либо отдавать, либо приобретать генетический материал.
Однако исследование показало, что этот обмен далеко не беспрепятствен. Исследователи выявили белок под названием YokF, который действует как молекулярный барьер, избирательно деградируя ДНК при ее прохождении через эти нанотрубки.
«YokF функционирует как привратник», — сказал профессор Илан Розеншин, соавтор исследования. «Он может останавливать плазмиды на их пути, не давая другим бактериям приобрести признаки, которые в противном случае могли бы дать им преимущество».
Ограничивая распространение плазмид, YokF снижает скорость перемещения генов устойчивости к антибиотикам в популяциях бактерий. Это предполагает, что бактерии могут использовать такие механизмы для поддержания конкурентного преимущества в перенаселенных средах, где доступ к полезным генам может определять выживание.
Дальнейший анализ показал, что подобные белки широко распространены среди многих грамположительных бактерий, что указывает на то, что эта форма генетического контроля, вероятно, является распространенной, а не исключительной.
«Понимание того, как бактерии контролируют передачу ДНК, открывает новые возможности», — сказал Бен-Йехуда. «Если мы сможем научиться влиять на эти механизмы, мы сможем замедлить или ограничить распространение устойчивости к антибиотикам».
Воздействуя на такие белки, как YokF, или имитируя их «привратную» функцию, ученые могут ограничить скорость перемещения генов устойчивости между бактериями, помогая сохранить эффективность существующих препаратов. В более широком смысле, способность контролировать, какие гены передаются, может позволить исследователям формировать бактериальные популяции — способствуя развитию полезных микробов и ограничивая вредные в организме человека или в сельском хозяйстве.
Исследование также имеет значение для биотехнологии и будущих методов лечения. Лучшее понимание того, как бактерии блокируют передачу ДНК, может помочь улучшить методы передачи генов, используемые для производства лекарств, ферментов и биотоплива, либо путем преодоления этих естественных защитных механизмов, либо путем их использования для предотвращения неконтролируемого распространения сконструированных генов. Кроме того, оно указывает на новые антимикробные стратегии, направленные не на уничтожение бактерий, а на предотвращение приобретения ими признаков, делающих их более опасными.
Исследование было опубликовано в рецензируемом журнале Nature Microbiology.
