[ad_1]
Быстрое распространение штаммов золотистого стафилококка, устойчивых к метициллину и другим бета-лактамным антибиотикам (метициллинрезистентный Staphilococcus aureus, MRSA) традиционно связывают с широким использованием этих антибиотиков в медицине и животноводстве. Новое исследование показало, что некоторые разновидности MRSA возникли задолго до открытия антибиотиков и чаще встречаются у диких европейских ежей, чем у людей и домашних животных. На примере одной хорошо изученной страны (Дании) удалось показать, что люди чаще заражаются теми вариантами MRSA, которые преобладают у местных ежей. Другие дикие и домашние животные тоже могут переносить MRSA, но ежи, по-видимому, являются главным природным резервуаром определенных разновидностей этих микробов. Устойчивость к метициллину и другим бета-лактамам могла развиться у S. aureus в ходе адаптации к жизни на коже ежей, зараженных паразитическим грибом — дерматофитом Trichophyton erinacei. Этот гриб производит сразу два бета-лактамных антибиотика: пенициллин G и 6-(5-гидрокси-n-валерамидо)-пенициллановую кислоту. Ежиные штаммы MRSA надежно защищены от обоих антибиотиков двумя генами, mecC и blaZ. Эти гены расположены рядом друг с другом внутри встроенного в геном мобильного элемента, который неоднократно передавался от одних бактерий к другим. Белки, кодируемые этими генами, используют две принципиально разные стратегии защиты от бета-лактамных антибиотиков.
Метициллинрезистентный золотистый стафилококк (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA) впервые был обнаружен в 1960 году, почти сразу после того, как врачи начали использовать метициллин для борьбы со штаммами стафилококка, устойчивыми к пенициллину. Сегодня MRSA поражает более 170 000 человек в год в одной только Европе и считается серьезной угрозой здоровью человечества (см.: World Health Organization, 2017. Global priority list of antibiotic-resistance Bacteria to guide research, discovery, and development of new antibiotics). MRSA всё чаще обнаруживают у домашних животных (свиней, коров, коз, овец, лошадей, кур), которые сами обычно не очень страдают от инфекции, но могут передавать ее людям.
Распространение MRSA традиционно связывают с широким применением антибиотиков из группы бета-лактамов в медицине и животноводстве. При этом известно, что MRSA встречается также у диких млекопитающих и птиц. До сих пор предполагалось, что дикие животные обычно заражаются MRSA от людей и домашних животных (а не наоборот).
Еще в 1960-е годы было замечено, что у европейских ежей часто встречаются штаммы золотистого стафилококка, устойчивые к пенициллину. Тогда же было показано, что гриб Trichophyton erinacei, дерматофит, живущий на ежиной коже, производит антибиотик, похожий на пенициллин. Таким образом, стало ясно, что S. aureus мог приобрести устойчивость к пенициллину задолго до открытия Александра Флеминга, адаптируясь к ежам и их кожным грибам (J. M. B. Smith, M. J. Marples, 1965. Dermatophyte lesions in the hedgehog as a reservoir of penicillin-resistant staphylococci).
Пенициллинрезистентные, но чувствительные к метициллину стафилококки защищаются от пенициллина при помощи фермента пенициллиназы. Эта защита не срабатывает против метициллина и других бета-лактамных анитибиотиков, устойчивых к пенициллиназе. Метициллинрезистентные штаммы S. aureus (MRSA) используют другую защиту: у них есть ферменты PBP (penicillin-binding protein) 2a и 2b, которые кодируются генами mecA и mecC. Ферменты PBP необходимы для синтеза бактериальной клеточной стенки: они соединяют друг с другом соседние нити полимера пептидогликана, составляющего основу клеточной стенки. Бета-лактамы блокируют работу обычных PBP (на этом и основано их антибактериальное действие), но бессильны против версий PBP2a и PBP2b, которые обладают пониженным сродством к бета-лактамам. Поэтому гены mecA и mecC надежно защищают стафилококков почти от всех бета-лактамных антибиотиков, включая устойчивые к пенициллиназе.
Недавно выяснилось, что у ежей в Швеции и Дании подозрительно часто встречаются метициллинрезистентные штаммы S. aureus с геном mecC (mecC-MRSA, см.: S. L. Rasmussen et al., 2019. European hedgehogs (Erinaceus europaeus) as a natural reservoir of methicillin-resistant Staphylococcus aureus carrying mecC in Denmark). Это позволило предположить, что дикие ежи являются естественным резервуаром не только пенициллинрезистентных, но и метициллинрезистентных стафилококков mecC-MRSA, и что происхождение этих штаммов тоже связано с адаптацией к антибиотикам, производимым грибом Trichophyton erinacei. Вскоре были получены первые косвенные подтверждения этой гипотезы, основанные, правда, лишь на данных по 23 шведским ежикам (F. Dube et al., 2021. Benzylpenicillin-producing Trichophyton erinacei and methicillin resistant Staphylococcus aureus carrying the mecC gene on European hedgehogs — A pilot-study).
Более основательно подошел к делу международный коллектив из 64 исследователей, опубликовавший в журнале Nature результаты изучения 276 ежей из 10 стран (девяти европейских и Новой Зеландии, куда европейских ежей завезли между 1869 и 1892 годами). Обследовались ежи из центров реабилитации для диких животных.
У 101 животного на коже и слизистой носа обнаружились метициллинрезистентные стафилококки mecC-MRSA. Зараженные особи происходят из Соединенного Королевства, Чехии, Дании, Португалии и Новой Зеландии. В остальных странах (Греция, Румыния, Италия, Франция, Испания) у всех ежей тесты оказались отрицательными (рис. 2).
Полногеномное секвенирование показало, что ежиные стафилококки mecC-MRSA подразделяются на шесть линий («клональных комплексов») с различающейся эволюционной историей. Ген mecC у всех линий находится во встроенном в геном мобильном элементе, который называется SCCmec (type XI staphylococcal cassette chromosome mec). Вплотную к гену mecC в том же мобильном элементе сидит еще один ген устойчивости к бета-лактамным антибиотикам — blaZ, кодирующий пенициллиназу. Другие варианты мобильного элемента SCCmec, несущие ген mecA (а не mecC), встречаются у других метициллинрезистентных штаммов S. aureus (mecA-MRSA), которые вызывают наиболее серьезные медицинские проблемы (H. F. Chambers, F. R. DeLeo, 2009. Waves of resistance: Staphylococcus aureus in the antibiotic era). Происхождение их неясно, к ежам они отношения не имеют и в обсуждаемой статье не рассматриваются.
Кроме того, у исследованных ежей было обнаружено 22 штамма S. aureus, чувствительных к метициллину (MSSA), некоторые из которых относятся к тем же клональным комплексам, что и mecC-MRSA (это говорит о довольно частых горизонтальных переносах генов устойчивости от одних стафилококков к другим). У ежиных MSSA нет гена mecC, однако у 14 штаммов из 22 есть другая, сильно отличающаяся версия гена blaZ. Ген mecA, имеющийся у других (не ежиных) MRSA, приходится примерно таким же дальним родственником mecC, как эти две версии blaZ друг другу.
Авторы также изучили геном дерматофита Trichophyton erinacei на предмет наличия в нем генов синтеза антибиотиков — и обнаружили гены, ответственные за производство пенициллина G (бензилпенициллина). При помощи жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии удалось показать, что, помимо пенициллина G, T. erinacei производит еще один бета-лактамный антибиотик — 6-(5-гидрокси-n-валерамидо)-пенициллановую кислоту. Какие гены отвечают за ее синтез, пока неизвестно, поэтому их и не нашли в геноме гриба.
Эксперименты с природными и генетически модифицированными стафилококками показали, что выделения гриба T. erinacei резко подавляют рост штаммов S. aureus, лишенных защитных генов, чуть меньше вредят штаммам с геном mecC, еще меньше — штаммам с геном blaZ, а наилучшую защиту дает комбинация обоих генов. При этом та версия blaZ, которая характерна для ежиных S. aureus, гораздо лучше защищает от выделений гриба, чем альтернативная версия этого гена, встречающаяся у других (не ежиных) пенициллинрезистентных штаммов золотистого стафилококка.
Таким образом, результаты согласуются с идеей о том, что адаптация золотистых стафилококков к жизни на ежах, зараженных грибом T. erinacei, могла способствовать распространению защитных генов mecC и blaZ.
Для большей доказательности, конечно, следовало бы посмотреть, как соотносится зараженность грибом T. erinacei с встречаемостью MRSA у ежей. Но авторы не смогли этого сделать, как они пишут, по этическим соображениям. Ведь для идентификации дерматофитов нужно брать не просто мазки с поверхности кожи или слизистой, а кусочки кожи, волосы и иглы, а ёжиков из реабилитационных центров нельзя так обижать.
Попытки авторов детально реконструировать на основе геномных данных эволюционную историю ежиных штаммов mecC-MRSA (для этого использовались, помимо ежиных, сотни близких штаммов, выделенных из людей и жвачных) не дали однозначных результатов. Картина получается слишком сложная и запутанная, но кое-какие выводы что всё же удалось сделать. За последние два-три столетия разные штаммы стафилококков многократно переходили с одних хозяев на других (долгая жизнь в жвачных или людях оставляет в геномах узнаваемые следы адаптации к конкретному хозяину), пересекали водные преграды (например, путешествовали из Дании в Англию и обратно) и обменивались генами устойчивости к антибиотикам посредством горизонтального переноса. Некоторые обнаруженные у ежей разновидности mecC-MRSA приобрели свою устойчивость лишь в XX веке — возможно, уже после того, как люди начали применять бета-лактамные антибиотики в медицине и животноводстве. Однако для части ежиных штаммов удалось показать, что они были метициллинрезистентными задолго до этого момента. Полученные данные в целом согласуются с гипотезой о том, что распространение в популяциях золотистого стафилококка мобильного элемента SCCmec с генами устойчивости mecC и blaZ изначально было связано с адаптацией стафилококков к ежам и их дерматофитам. Напомним, что происхождение более важных в медицинском плане метициллинрезистентных штаммов S. aureus с другими вариантами SCCmec, несущими ген mecA (а не mecC), с ежами не связано и в статье не рассматривается.
В настоящее время метициллинрезистентные золотистые стафилококки mecC-MRSA встречаются у диких европейских ежей гораздо чаще, чем у людей и домашних животных, — по крайней мере в тех европейских странах, по которым есть такие данные. Например, в Дании зараженность ежей mecC-MRSA составляет 61%, тогда как у коров, овец и коз она варьирует от 0% до 1,1%, а у людей выявляют лишь от 3 до 36 заражений в год.
По-видимому, дикие ежи до сих пор являются важным природным резервуаром mecC-MRSA, из которого опасные патогены периодически передаются людям и другим животным. Это хорошо видно при сопоставлении данных по разновидностям mecC-MRSA, выявленным у ежей и людей в разных районах Дании (рис. 3). Наблюдаемое соответствие, скорее всего, указывает на систематический занос инфекции от ежей к людям (в результате непосредственного контакта или при посредничестве домашних животных), а не в обратную сторону. Ведь у ежей этой заразы гораздо больше, чем у людей. К тому же ежи намного меньше путешествуют, что придает ежиным инфекциям четкую географическую структуру.
Исследование показало, что дикие животные могут играть более важную роль в распространении устойчивости к антибиотикам, чем принято считать.
Источник: J. Larsen et al. Emergence of methicillin resistance predates the clinical use of antibiotics // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-021-04265-w.
См. также об эволюции устойчивости к антибиотикам:
1) Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне, «Элементы», 12.04.2006.
2) Почвенные микробы растут на антибиотиках, «Элементы», 07.04.2008.
3) Альтруизм у бактерий помогает им противостоять антибиотикам, «Элементы», 07.09.2010.
4) В древних льдах найдены бактерии, устойчивые к антибиотикам, «Элементы», 27.09.2011.
5) Ген, повышающий фенотипическое разнообразие, помогает микобактериям защищаться от антибиотиков, «Элементы», 05.06.2017.
6) Александр Чубенко. 2015. Антибиотиковый апокалипсис.
7) Майя Петрова, Алексей Ржешевский. 2015. Резистентность бактерий: опасность, которая рядом.
8) Наталья Резник. 2018. Лекарственный фон планеты.
9) Дмитрий Макаров. 2019. Назад в доантибиотиковую эру?.
Александр Марков