Здравствуйте! На данный момент портал работает в режиме тестирования.
мама
123
Биомед ИТ и электроника Новости

Специалисты МФТИ и Яндекса объяснили устойчивость бактерий к антибиотикам

Исследователи из Центра физико-химической медицины, Московского физико-технического института (МФТИ), компании M&S Decisions и исследовательского подразделения Яндекса построили компьютерную модель взаимодействия между двумя видами бактерий и кишечником и рассчитали, что происходит при приёме антибиотиков, убивающих значительную часть микроорганизмов. Это позволило объяснить появление и распространение устойчивых к антибиотикам микробов. Результаты исследования опубликованы в журнале PLoS One, сообщает пресс-служба МФТИ.

В кишечнике человека живут триллионы различных бактерий, совокупность которых называется микробиом. Бактерии защищают человека от вредных микроорганизмов, производят пищеварительные ферменты и способствуют нормальной работе иммунной системы. Многие заболевания, такие как ожирение, болезнь Крона, рак толстой кишки и другие воспалительные процессы связаны с изменением микробиома, говорится в сообщении.

Развитие инсулиннезависимого диабета связано с ростом бактерий в кишечнике

«Сейчас в биомедицинской науке период активного накопления данных, такие данные бесценны для биоинформатиков — они позволяют создавать модели сложных систем. В нашей работе мы воссоздали при помощи простого метода моделирования — Agent Based Modelling, ABM — процессы, происходящие в кишечнике при участии бактерий, и объяснили некоторые интересные эффекты при возникновении резистентности», — пояснил заместитель заведующего Лабораторией системной биологии МФТИ и ведущий автор исследования Дмитрий Алексеев.

Исследователей интересовало несколько важных вопросов. Во-первых, учёные задались вопросом о том, с какой скоростью восстанавливается численность бактерий после антибиотикотерапии. Во-вторых, интерес представляла доля бактерий, на которых антибиотики не действуют и, наконец, новая модель детально описывала процесс обратной связи между бактериями и кишечной стенкой. Стенка кишечника активно поглощает одни вещества и выделяет другие, влияющие на численность бактерий и их «самочувствие».

Механизм обратной связи между бактериями разных типов и кишечной стенкой: (А) Бактерия производит токсин, который для нее самой вреден, но питателен для бактерий другого типа; (B) Производя токсин, бактерии одного типа контролируют количество бактерий другого типа; (С) Стенка кишечника производит токсин, который вреден для одного типа бактерий и питателен для другого; (D) Стенка кишечника контролирует распространённость всех видов бактерий; (E) Стенка кишечника стенка производит питательные для бактерий вещества.

Механизм обратной связи между бактериями разных типов и кишечной стенкой:
(А) Бактерия производит токсин, который для нее самой вреден, но питателен для бактерий другого типа;
(B) Производя токсин, бактерии одного типа контролируют количество бактерий другого типа;
(С) Стенка кишечника производит токсин, который вреден для одного типа бактерий и питателен для другого;
(D) Стенка кишечника контролирует распространённость всех видов бактерий;
(E) Стенка кишечника стенка производит питательные для бактерий вещества.

Модель дала возможность наблюдать за взаиморасположением штаммов в кишечнике и за тем, как их положение меняется после выделения кишечной стенкой или бактериями тех или иных веществ. Визуализация модели показала, что пространственная структура является ключевым фактором, который помогает бактериям выжить и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Используя модель, учёные смогли доказать, что даже после антибиотикотерапии уязвимых к действию антибиотика бактерий может оказаться больше, чем тех, которые к лекарству устойчивы (резистентных). Связано это с тем, что устойчивость к антибиотикам требует у микроорганизмов очень много усилий: выжить они могут либо за счёт серьезных изменений в структуре ключевых белков, либо за счёт производства нейтрализующих лекарство молекул.

В красноярской пещере нашли неизвестные науке штаммы антибиотиков

Наблюдение за положением бактерий в кишечнике на модели также позволило объяснить возможный выигрыш устойчивых штаммов, которые могли проиграть менее стойким, но зато быстрым конкурентам. Наличие участков, заселенных преимущественно каким-то одним видом играет, по мнению учёных, тут ключевую роль — в таких местах «медленные, но стойкие» просто подавляют конкурентов.

Кроме этого, на соотношение резистентных и чувствительных бактерий влияют механизмы обратной связи, выделение и поглощение веществ кишечной стенкой. Чем больше механизмов обратной связи задействовано, тем медленнее сокращается количество чувствительных бактерий, в то время как резистентные штаммы гибнут быстрее. Дальнейшие работы в этом направлении, по мнению исследователей, окажутся полезным для понимания фундаментальных причин появления антибиотикорезистентных бактерий и для разработки лекарственных средств, направленных против патогенных бактерий.

Об авторе

Анна Несчетная

Анна Несчетная