Источником резистентности к противомикробным препаратам (AMR) могут быть de novo мутации или генетические элементы, попавшие в клетку путем горизонтального переноса. Они не дают препаратам взаимодействовать со своей мишенью или накапливаться в клетке в достаточном количестве.

Механизмы возникновения резистентности и персистентности плохо изучены. Считается, что для того, чтобы пережить действие антибиотика, бактерии должны подавить клеточные процессы и впасть в состояние покоя. Но исследователи из США и Германии предположили, что под действием антибиотиков бактерии испытывают плейотропный стресс, ускоряющий возникновение мутаций и приводящий к развитию AMR. Такой стресс изменяет физиологию бактерий и может усиливать метаболические процессы, включая потребление АТФ, клеточное дыхание и выработку активных форм кислорода (АФК). 

Авторы проанализировали метаболом клеток E. coli MG1655, обработанных антибиотиком ципрофлоксацином. Уже через час в бактериях снизились АТФ/АДФ, AEC и NADH/NAD+. Затем исследователи получили E. coli с повышенным потреблением АТФ и с повышенным потреблением NADH. Эти клетки постоянно находятся в состоянии биоэнергетического стресса. Авторы проверили, как такие бактерии отреагируют на ципрофлоксацин. У них быстрее развивалась резистентность, чем у клеток дикого типа. Также под влиянием стресса значимо выросла доля клеток, переживших полуторную минимальную ингибирующую концентрацию антибиотика, что говорит о появлении персистирующих клеток.

Чтобы понять механизм этого явления, авторы секвенировали РНК бактерий, находящихся в постоянном состоянии биоэнергетического стресса. Не было выявлено существенных изменений в экспрессии генов репарации ДНК и реакции на окислительный стресс, что удивительно, поскольку эти пути участвуют в развитии резистентности к противомикробным препаратам и персистентности. Однако в таких клетках было значительно больше H2O2, при этом экспрессия генов реакции на окислительный стресс не повышалась. Эти и другие эксперименты подтвердили, что биоэнергетический стресс заставлял клетки испытывать окислительный стресс, но при этом не активировал классический ответ него.