Бактерии есть везде – на суше и на море, в воздухе и внутри любого животного. Некоторые из них полезны и помогают нам выживать. Другие нейтральны. Третьи откровенно вредны. При этом все мы слышали, что бактерии, где бы они ни обитали, постоянно вырабатывают устойчивость к антибиотикам, использующимся для их уничтожения. А не так давно обнаружилось нечто ещё более жуткое. Микробы распространяют эту неуязвимость, путешествуя по планете внутри облаков.
Как распространяется устойчивость к антибиотикам
Для начала попытаемся понять, как вообще распространяется устойчивость к антибиотикам. Возьмем в качестве примера хинолоны. Эти препараты не позволяют бактериям копировать свою ДНК и размножаться, но после некоторых мутаций микробы получают шанс выжить. Это, например, может быть изменение, мешающее молекуле антибиотика «прилипнуть» к бактерии. Или появление механизма, запрещающего усваивание хинолонов. Информация о полезных трансформациях сохраняется в ДНК микроба, после чего он, размножаясь, создает устойчивую к препарату популяцию.
Но это не единственный способ распространения устойчивости. Хорошие гены – востребованный «товар» в микробных сообществах, и бактерии охотно делятся ими с окружающими. Большая часть их ДНК хранится в крупных молекулах вместе со всем остальным массивом информации, однако гены неуязвимости встречаются также в маленьких колечках ДНК, именуемых плазмидами. Бактерии могут делиться ими несколькими способами:
- Во-первых, существует механизм конъюгации, когда один микроб протягивает к другому так называемый «половой пиль» и передает плазмиду.
- Во-вторых, бактерии могут подбирать эти колечки в окружающей среде, где они были оставлены погибшими сородичами. Этот процесс называется трансформацией.
- Третий способ – трансдукция, когда гены переносятся вирусами, которые забирают ДНК у одной бактерии и передают её другой.
Таким образом, микробам не составляет особого труда поделиться своими навыками и способностями.
В среде, где присутствуют антибиотики, как правило, больше бактерий, участвующих в этом обмене. Поскольку эти препараты часто оказываются за пределами больниц, жилищ и сельскохозяйственных предприятий, неуязвимые микробы могут появиться фактически где угодно. Даже там, где мы этого вовсе не ожидаем. Понятно, что это представляет огромную потенциальную опасность.
ВОЗ считает устойчивость к антибиотикам «одной из самых серьезных угроз здравоохранению, продовольственной безопасности и развитию в глобальном масштабе». Поэтому важно понимать, как эта неуязвимость распространяется по планете, в том числе внутри облаков.
Бактерии в атмосфере и облаках
Бактерии легко оказываются в атмосфере. При благоприятных условиях они поднимаются очень высоко, до уровня облаков, которые резво, за считанные дни, могут оказаться даже над другим континентом. Микробы сохраняются в них продолжительное время. Это было установлено на вершине потухшего вулкана Пюи-де-Дом, находящегося в центре Франции. В период с 2019 по 2021 год группа исследователей забиралась на высоту 1500 метров и собирала образцы бактерий в покрывающих гору облаках.
Сначала ученые подсчитывали бактериальные клетки в полученных пробах, и это количество заметно отличалось: в одном миллилитре воды могло содержаться от 330 до более чем 30000 микробов. Жизнеспособны были менее половины, но из-за того что ДНК может распространяться плазмидами, было важно вести точный учет. Затем в ДНК бактерий производился поиск 33 известных генов устойчивости к антибиотикам. В 12 облаках были найдены 29 из них, в том числе тот, который делает микробов невосприимчивыми к действию упомянутых выше хинолонов.
Оказалось, что многие из этих генов помогают бактериям выживать в стрессовых условиях – например, внутри холодного и влажного облака. Другими словами, эти участки ДНК позволяют превратить тучи в довольно удобное средство транспортировки микробов, обладающих устойчивостью к антибиотикам.
Путешествия в данном случае могут быть очень дальними, вплоть до межконтинентальных. Ученые, работавшие на французской горе, обнаружили бактерии, которые находились на «на борту» облаков из Финляндии, Алжира, Гренландии, с середины Атлантического океана.
Исследователи подсчитали, что каждый год на поверхность планеты в составе дождя и снега опускается 2,2 септиллиона копий генов устойчивости к антибиотикам. Это очень опасный феномен, но теперь он выявлен, и у ученых появилась возможность разработать меры противодействия. Понятно, что очистить облака от бактерий – это совершенно непосильная задача, но дальнейшие исследования способны показать, откуда берутся эти микробы. Возможно, со временем наука подскажет, как не допустить их попадания туда.