Генотоксин клебсиеллы придает другим патогенам кишечника резистентность к антибиотикам

Некоторые представители рода Klebsiella продуцируют малые цитотоксические молекулы — тилимицин и тиливаллин, которые образует нерибосомная пептидсинтаза. Среди кишечных бактерий человека к синтезу тилимицина и тиливаллина способны, например, K. oxytoca и K. grimontii. Тилимицин представляет собой ДНК-алкилирующий энтеротоксин, и при увеличении численности клебсиелл в кишечнике, например, в ходе антибиотикотерапии, тилимицин в высокой концентрации повреждает кишечный эпителий, вызывая апоптоз клеток. Авторы нового исследования, опубликованного в Nature Microbiology, показали, что тилимицин влияет не только на кишечный эпителий: воздействуя на другие кишечные бактерии, в особенности на оппортунистические патогены, тилимицин активирует мутагенез у бактерий и способствует появлению антибиотикорезистентных форм.

Авторы проверили, как тилимицин влияет на численность и таксономический состав кишечной микробиоты. Они подвергли образцы фекалий здоровых людей быстрой обработке тилимицином и исследовали оставшиеся бактерии после выращивания на чашках со средой. Выяснилось, что тилимицин обладает бактерицидной активностью широкого спектра, которая распространяется на большое количество грамположительных и грамотрицательных культивируемых бактерий, населяющих кишечник человека. В опытах на мышах было показано, что тилимицин снижает численность кишечных бактерий и изменяет их филогенетический состав, причем бактерии, выжившие после воздействия тилимицина, формируют сообщества, по структуре и составу отличные от бактериальных сообществ в здоровом кишечнике.

Как выяснилось, токсические воздействие тилимицина на другие кишечные бактерии обусловлено тем, что он функционирует как мутаген. Более того, тилимицин дает конкурентное преимущество продуцирующим его бактериям по сравнению с непродуцирующими. Известно, что тилимицин алкилирует ДНК преимущественно в позиции N2 гуанина, поэтому он должен действовать равномерно на весь геном.

Так как у бактерий случайные мутации являются мощным источником антибиотикорезистентности, авторы исследования наблюдали за возникновением de novo устойчивости к рифампицину у бактерий E. coli B13Sm, обитающих в кишечнике мышей, инфицированных также K. oxytoca. Оказалось, что тилимицин действительно стимулирует появление антибиотикорезистентности с нуля.

Наибольшее значение антибиотикорезистентность имеет для патогенных бактерий. Чтобы оценить, как тилимицин влияет на мутационный процесс у оппортунистических патогенных кишечных бактерий человека, ученые исследователи воздействие токсина на Pseudomonas aeruginosa J17 и Klebsiella pneumoniae J10, выделенные из фекалий здоровых людей. Под действием сублетальных доз тилимицина бактерии в итоге приобрели устойчивость к рифампицину и налидиксовой кислоте.

Таким образом, в ходе антибиотикотерапии клебсиеллы, продуцирующие тилимицин, способствуют ускоренному мутагенезу у колонизирующих кишечник оппортунистических патогенов, способствуя появлению у них резистентности к антибиотикам de novo.

Госпитальные штаммы Klebsiella pneumoniae с множественной лекарственной устойчивостью быстро эволюционируют