Исследователи из Университета Монаша обнаружили "разворот" в эволюции резистентности к антибиотикам, опровергнув общепринятое представление о том, что однажды выработанные характеристики являются необратимыми.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, имеет далеко идущие последствия для борьбы с резистентностью к антибиотикам - глобальным кризисом здравоохранения, угрожающим эффективности лекарств.
Закон Долло, считающийся одним из основополагающих принципов эволюционной биологии, гласит, что утраченные черты невозможно восстановить. "Наше исследование бросает вызов этой идее, обнаруживая первый известный пример обратной (реверсивной) молекулярной эволюции в резистентности к антибиотикам", - рассказал ведущий автор исследования, доцент Майк Макдональд. В исследовании рассматривается возможность устранения вредных признаков, таких как резистентность к антибиотикам, с помощью механизма, называемого горизонтальным переносом генов (ГПГ).
Обращение вспять эволюции вредных для человека признаков, таких как резистентность к противомикробным препаратам, является одной из ключевых задач прикладной эволюционной биологии. Основным препятствием на пути реверсивной эволюции является относительно низкий уровень спонтанных мутаций, которые возвращают эволюционировавшие генотипы к их предковому состоянию. Однако повторное внедрение предковых аллелей путем ГПГ может сделать обратную эволюцию вероятной.
Бактерия Helicobacter pylori стала центральным объектом эксперимента благодаря своей способности обмениваться ДНК путем ГПГ. В данной работе авторы создали популяцию антибиотикорезистентного штамма Helicobacter pylori в условиях роста без антибиотиков с одновременным внедрением предкового аллеля, чувствительного к антибиотикам, путем ГПТ. Исследователи проанализировали реверсивную эволюцию с помощью секвенирования ДНК и обнаружили, что ГПГ способствует молекулярной обратной эволюции аллеля резистентности к антибиотикам, и что отбор на высокие скорости ГПГ приводит к эволюции повышенных скоростей ГПГ в популяциях с низким уровнем ГПГ.
"Представьте себе сценарий, в котором инфекции теряют свои разрушительные характеристики, такие как резистентность к антибиотикам, фактически возвращаясь к своему первоначальному состоянию", - говорит Макдональд. "Это исследование открывает новые возможности в нашей борьбе с резистентностью к антибиотикам и подтверждает важность ответственного подхода к управлению антибиотиками и инсектицидами".
Исследование также проливает свет на роль рекомбинации, перестановки и обмена генетическим материалом, в содействии этому эволюционному развороту. Популяции с более низким уровнем рекомбинации развили фенотип гиперрекомбинации, ускорив скорость обмена ДНК между бактериями, и обратили вспять резистентность к антибиотикам. Чтобы глубже понять динамику естественного отбора и ГПГ, исследователи построили популяционно-генетическую модель. Математическое моделирование показало, что, несмотря на значительные издержки адаптации, умеренный или высокий уровень ГПГ может сделать популяции, которые были устойчивы к антибиотикам, снова чувствительными к ним.
Исследование ставит под сомнение общепринятые представления о необратимых признаках и открывает новый путь для борьбы с резистентностью к антибиотикам. "Это исследование может пересмотреть наши стратегии борьбы с резистентностью к антибиотикам, давая надежду на будущее, в котором мы сможем смягчить распространение вредоносных признаков и потенциально восстановить эффективность противомикробных препаратов", - сказал Макдональд.
Источник: phys.org, 5 Jan., 2024