Быстрое формирование устойчивости к антибиотикам у бактерий происходит благодаря существованию механизмов горизонтального переноса ДНК, в частности, конъюгации, которая позволяет клеткам делиться друг с другом генами устойчивости (подробнее об этих механизмах можно прочитать в нашем материале «Поверх барьеров»). Исследователи из университета Лиона создали систему, основанную на использовании флуоресцентных белков, позволяющую в реальном времени наблюдать за передачей ДНК между клетками кишечной палочки.

В эксперименте ученые следили за передачей F-плазмиды — большого внехромосомного элемента, содержащего ген устойчивости к тетрациклину, — путем конъюгации. Для того, чтобы визуализировать процесс передачи плазмиды, авторы статьи пометили в реципиентных клетках зеленым флуоресцентным белком белок ParB, который специфически связывается с плазмидной двухцепочечной ДНК. В отсутствии F-плазмиды белок рассеян по всей клетке и создает равномерный зеленый фон, а при появлении в клетке реципиента одноцепочечной копии плазмиды и ее достройке связывается с плазмидой и образует в клетке зеленые фокусы. Транспортер TetA, который обеспечивает устойчивость к тетрациклину, в донорных клетках пометили красным флуоресцентным белком. После передачи плазмиды реципиенту он начинает синтезироваться и делает реципиента красным и устойчивым к антибиотику за счет интенсивного выкачивания его из клетки.

Наблюдение за процессом конъюгации позволило авторам статьи подсчитать, что конъюгация занимает около двух минут, а полный процесс копирования информации происходит в пределах десяти минут. Примерно через час после попадания донорных клеток в популяцию реципиентов треть популяции приобретает F-плазмиду. Синтез TetA начинается немедленно после попадания ДНК в клетку, причем даже в присутствии в среде тетрациклина в концентрациях, подавляющих деление.

Этот факт удивил исследователей, так как тетрациклин работает, подавляя синтез белка. Первая гипотеза, объясняющая феномен, состояла в том, что несколько молекул TetA попадает в клетку вместе с плазмидой и обеспечивает немедленную устойчивость, однако ее опровергли. Оказалось, что синтез белка в клетке в присутствии антибиотика происходит благодаря активности мультисубстратной помпы AcrAB-TolC, которая выкачивает часть молекул тетрациклина из клетки и поддерживает концентрацию, которая все еще подавляет деление клетки, но уже позволяет обеспечить синтез специализированного транспортера TetA. Когда гены, кодирующие помпу, удаляли из генома, бактерии теряли способность синтезировать транспортер в присутствии тетрациклина и становиться устойчивыми к антибиотику прямо на среде с антибиотиком.

Устойчивость возбудителей инфекций к антибиотикам представляет глобальную угрозу здравоохранению. Так, недавно мы рассказывалио смерти женщины, которую не смогли вылечить ни одним из существующих антибиотиков. Подробнее об этой проблеме можно прочитать в нашем материале «Конец прекрасной эпохи».