Эксперименты сибирских ученых показали, что штаммы кишечной палочки E. coli способны проникать в клетки микроскопического гриба Candida famata и таким образом избегать воздействия антибиотика колистина. Это может стать новым механизмом защиты бактерий от антибиотиков. Результаты исследования опубликованы в журнале «Птицеводство».
В 2017 году на птицефабриках Омской, Кемеровской, Ивановской областей и Алтайского края произошли три вспышки заболеваний цыплят с повышенной смертностью (2—10%) в первые десять дней жизни. Применяемые в таких случаях антибиотики не помогали. При вскрытии и микроскопических исследованиях кишечника птиц ученые обнаружили дрожжеподобные клетки, окруженные бактериями. Было установлено, что это грибы рода Candida. При секвенировании ДНК грибов из организмов цыплят с птицефабрики Омской области неожиданно выявили геномную ДНК бактерий Staphylococcus warneri и Achromobacter insuavis/xylosoxidans. Это привело к выводу, что симбиоз грибов и бактерий может быть серьезной проблемой для сельского хозяйства.
«Впервые этот симбиоз мы обнаружили случайно. Однажды, выполняя рутинную диагностику болезней свиней и кур, одна из моих коллег перепутала праймеры, и вместо грибов мы секвенировали бактерии. После этого стали целенаправленно изучать имеющиеся у нас культуры грибов и увидели, что некоторые из них содержат бактерии. Мы также нашли описание подобных случаев в литературе. Возник вопрос, насколько это актуально с клинической точки зрения», — рассказывает Василий Николаевич Афонюшкин, заведующий сектором молекулярной биологии Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН и ведущий инженер лаборатории фармакогеномики Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН.
Ученые провели эксперимент: они взяли полевые штаммы кишечной палочки, смешали их с грибами и применили убойную дозу антибиотика. Бактерии не должны были выжить, но они выжили. Затем исследователи пытались выяснить, где именно в грибах локализуется кишечная палочка, все ли грибы способны ее интегрировать и кто в этом виноват — свойства бактерий или свойства грибов.
«Выяснилось, что некоторые грибы хуже защищены от паразитирования бактерий. Есть бактерии, обладающие инвазивностью по отношению к клеткам не только человека, но и грибов. Это имеет определенные клинические последствия. В первую очередь нам это было интересно с точки зрения ветеринарии. Но такая проблема актуальна и для людей», — отмечает Василий Афонюшкин.
По словам исследователей, грибы Candida являются частью нормальной микрофлоры здоровой курицы. Однако они могут вызывать заболевания: от поверхностного до опасного для жизни системного кандидоза. Этому способствуют стресс, недоедание, неправильное применение дезинфицирующих средств и иммуносупрессия, в том числе после применения антибиотиков.
«Мы сталкиваемся с интересной ситуацией: антибиотики подавляют кишечную микрофлору, уменьшая количество бактерий, а эту нишу занимают грибы. Бактерии, с которыми мы боролись, могут прятаться в этих грибах. Даже если бактерия чувствительна к антибиотику, она может выжить в такой ситуации», — говорит Василий Афонюшкин.
В некоторых случаях между грибами и бактериями возникают симбиотические связи, и они совместно эволюционируют. Грибы, живущие в кишечнике, начинают нуждаться в метаболитах бактерий, и их сложно выделить без бактериальных клеток. В этом исследовании ученые изучили механизм резистентности бактерий к антибиотикам, связанный с симбиотическими взаимодействиями условно-патогенных микроорганизмов и грибов.
Биологический материал от зараженных куриц и свиней, собранный сотрудниками СФНЦА и Новосибирского государственного аграрного университета, исследовали на оборудовании ИХБФМ СО РАН. В результате экспериментов удалось показать, что штаммы E. coli в составе гриба Candida famata значительно повышают устойчивость к колистину. Это происходит за счет способности бактерий проникать в цитоплазму грибов и оставаться там длительное время. Также ученые установили, что бактерии паразитируют преимущественно внутри дрожжеподобных клеток, иногда снаружи или сочетая оба варианта симбиоза.
Поскольку антибактериальные препараты широко используются в сельском хозяйстве, ученые предполагают, что со временем способность E. сoli выживать внутри грибов и клеток кишечника будет усиливаться. Если не предпринимать меры, это приведет к отбору патогенных штаммов и активации генов патогенности.
Так, в Индии в 2021 году на фоне эпидемии коронавируса произошла вспышка мукормикоза — опасного заболевания, поражающего носовые пазухи, мозг и легкие и отличающегося высокой смертностью. Восприимчивыми к этой инфекции оказались пациенты, длительно принимавшие лекарства или находившиеся в отделении интенсивной терапии при лечении последствий COVID-19.
Интересно, что существуют грибы, которые могут выживать только в присутствии бактерий, и на них тоже можно воздействовать антибиотиками. В другом своем исследовании ученые СФНЦА СО РАН показали, что один из антибиотиков — полимиксин — может подавлять некоторые грибы родов Debaryomyces и Candida. Это знание ценно, потому что в медицинской практике известно не так много антимикотиков.
«На сегодня сложилась ситуация, что в России практически не осталось микологов. Как медицинских, так и сельскохозяйственных. По этому направлению мы уже очень сильно отстаем от мировой практики, и нам придется за это платить и лекарствами, и биотехнологиями. Постоянно появляются новые проблемы, связанные с грибами, влияющие на здоровье людей и сельскохозяйственных животных, и важно успевать на них реагировать», — говорит Василий Афонюшкин.
