Antibiotika redder liv, men deres brug bidrager også til udvikling og spredning af lægemiddelresistente
Teameksperimenter har vist det længeeksponering for en type antibiotika i det væsentlige "primere" bakterierne. Denne effekt har øget sandsynligheden for, at bakterier bliver resistente over for yderligere antibiotika, selv i fravær af yderligere lægemiddeleksponering; det hjælper også stammen med at bevare disse tegn på resistens i flere generationer.
"Effekten af antibiotika ser ud til at væreindirekte udvælger mere stabile antibiotikaresistenssystemer. Et mere stabilt system i en stamme øger sandsynligheden for, at der opnås resistens over for flere antibiotika."
Benjamin Kerr, professor i biologi ved UW
Deres resultater viser også, hvordan eksponeringantibiotika påvirker den evolutionære dynamik i bakterier. Dette kan hjælpe med at forklare ikke kun stigningen i multidrugsresistens hos bakterier, men også hvordan antibiotikaresistens opretholdes og distribueres i miljøet: i medicinske institutioner, i jord fra landbrugsafstrømning, selv længe efter afslutningen af antibiotisk eksponering.
Forskere testede en fælles mekanismespredning af antibiotikaresistens i plasmider. Dette er ring-DNA-kæder, der kan indeholde mange typer gener, herunder antibiotiske resistensgener. Bakterier udveksler let plasmider, selv mellem arter. Ikke desto mindre har plasmider deres ulemper, og tidligere undersøgelser har vist, at bakterier let mister dem.
"Selvom de kan bæregavnlige gener, kan plasmider også interferere med mange typer processer i bakteriecellen, såsom metabolisme eller DNA-replikation. Således anser forskere generelt plasmider for at være dyre og byrdefulde for værtscellen."
Hannah Jordt, hovedforfatter af undersøgelsen i biologi
Universitetsteamet arbejdede med E. cellercoli indeholdende et tetracyclinresistent plasmid og Klebsiella pneumoniae-celler indeholdende et chloramphenicolresistent plasmid. Begge værter, som ikke tidligere blev dyrket i nærværelse af antibiotika, udviste ikke stor hengivenhed over for deres plasmider. Efter ni dage i et antibiotikafri medium faldt andelen af Klebsiella, der stadig indeholder plasmidet, til under 50%. For E. coli tilbageholdt mindre end 20% deres plasmid.
Da forskerne udsatte stammerneantibiotika, der dyrkede hver af dem i 400 generationer i deres respektive antibiotika, stammerne viste en større affinitet for deres plasmider, selv efter at truslen om antibiotika var fjernet. Efter ni dage i et antibiotikumfrit medium blev mere end halvdelen af E. coli- og Klebsiella-cellerne tilbageholdt med det tilsvarende plasmid.
"Selvfølgelig havde cellerne brug for deresplasmider for at hjælpe dem med at overleve eksponering for antibiotika. Men selv efter at vi fjernede dette selektive tryk, beholdt begge stammer deres plasmider på væsentligt højere niveauer, end de havde før eksponering for antibiotika."
Hannah Jordt, hovedforfatter af undersøgelsen i biologi
Derudover viste andre eksperimenter deteksponering for antibiotika øgede forekomsten af multiple Klebsiella-resistens. Selv uden antibiotisk eksponering kan Klebsiella pneumoniae erhverve flere plasmider. For eksempel, når forskere samlet stammer, der bærer plasmider, der ikke indeholdt antibiotika, Klebsiella og E. coli, blev en lille fraktion af Klebsiella lægemiddelresistent, idet de bevarede deres chloramphenicolresistente plasmid og fik et tetracyclinresistent plasmid fra E. coli. Men da forskerne gentog eksperimentet ved hjælp af bakterier, der blev udsat for antibiotika, fandt de omkring 1000 gange mere antibiotikaresistente Klebsiella.
Foreløbig langvarig eksponeringet antibiotikum - chloramphenicol - øgede sandsynligheden for, at chloramphenicol-resistent Klebsiella ville erhverve et tetracyklinresistent plasmid fra Escherichia coli i et medium uden antibiotika. Derudover viste holdets eksperimenter også, at når antibiotikaresistente celler senere blev dyrket i et antibiotikumfrit miljø, blev eksponerede Klebsiella chloramphenicol lettere fastholdt af begge resistente plasmider.
Forskere siger, at evolution kanforklare både resistensen af antibiotikaresistente plasmider og stigningen i medikamentresistens i Klebsiella: udsættelse af stammerne for deres tilsvarende antibiotikum valgt til mutationer i deres genomer for at minimere konflikten mellem plasmidet og værten, hvilket gør det mindre omkostningskrævende at opretholde dette plasmid som og andre.