Antibiotika retten Leben, aber ihr Einsatz trägt auch zur Entwicklung und Verbreitung von Arzneimittelresistenzen bei
Team-Experimente haben das lange gezeigtExposition gegenüber einer Art von Antibiotikum "Primer" im Wesentlichen die Bakterien. Dieser Effekt hat die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Bakterien auch ohne weitere Arzneimittelexposition gegen zusätzliche Antibiotika resistent werden, und hilft dem Stamm, diese Anzeichen von Resistenz über mehrere Generationen hinweg beizubehalten.
„Die Wirkung von Antibiotika scheint zu seinWählt indirekt stabilere Antibiotikaresistenzsysteme aus. Ein stabileres System in einem Stamm erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass eine Resistenz gegen mehrere Antibiotika entsteht.“
Benjamin Kerr, Professor für Biologie an der UW
Ihre Ergebnisse zeigen auch, wie ExpositionAntibiotika beeinflussen die Evolutionsdynamik von Bakterien. Dies kann nicht nur die Zunahme der Multiresistenz bei Bakterien erklären, sondern auch die Aufrechterhaltung und Verteilung der Antibiotikaresistenz in der Umwelt: in medizinischen Einrichtungen, im Boden von landwirtschaftlichen Abflüssen, auch lange nach Beendigung der Antibiotika-Exposition.
Die Forscher testeten einen gemeinsamen Mechanismusdie Ausbreitung der Antibiotikaresistenz in Plasmiden. Dies sind Ring-DNA-Ketten, die viele Arten von Genen enthalten können, einschließlich Antibiotikaresistenzgenen. Bakterien tauschen leicht Plasmide aus, selbst zwischen Arten. Trotzdem haben Plasmide ihre Nachteile, und frühere Studien haben gezeigt, dass Bakterien sie leicht verlieren.
„Auch wenn sie tragen könnenObwohl Plasmide nützliche Gene enthalten, können sie auch viele Arten von Prozessen innerhalb der Bakterienzelle beeinträchtigen, beispielsweise den Stoffwechsel oder die DNA-Replikation. Daher halten Wissenschaftler Plasmide im Allgemeinen für teuer und belastend für die Wirtszelle.“
Hannah Jordt, Hauptautorin der Studie in Biologie
Das Universitäts-Team arbeitete mit E.-Zellencoli, die ein Tetracyclin-resistentes Plasmid enthalten, und Klebsiella pneumoniae-Zellen, die ein Chloramphenicol-resistentes Plasmid enthalten. Beide Wirte, die zuvor nicht in Gegenwart von Antibiotika gezüchtet worden waren, zeigten keine große Hingabe an ihre Plasmide. Nach neun Tagen in einem antibiotikafreien Medium fiel der Anteil an Klebsiella, der das Plasmid noch enthielt, auf weniger als 50%. Für E. coli behielten weniger als 20% ihr Plasmid.
Als die Forscher die Stämme freilegtenAntibiotika, die jeweils 400 Generationen lang in ihrem jeweiligen Antibiotikum gezüchtet wurden, zeigten eine größere Affinität zu ihren Plasmiden, selbst nachdem die Bedrohung durch Antibiotika beseitigt worden war. Nach neun Tagen in einem antibiotikafreien Medium wurde mehr als die Hälfte der E. coli und Klebsiella-Zellen mit dem entsprechenden Plasmid zurückgehalten.
„Natürlich brauchten die Zellen ihrePlasmide, die ihnen helfen sollen, die Antibiotikaexposition zu überleben. Aber selbst nachdem wir diesen Selektionsdruck entfernt hatten, behielten beide Stämme ihre Plasmide in deutlich höheren Mengen als vor der Antibiotika-Exposition.“
Hannah Jordt, Hauptautorin der Studie in Biologie
Darüber hinaus zeigten andere Experimente diesDie Exposition gegenüber Antibiotika erhöhte das Auftreten einer multiplen Klebsiella-Resistenz. Klebsiella pneumoniae kann auch ohne Antibiotika-Exposition mehrere Plasmide erwerben. Als die Forscher beispielsweise Stämme zusammenbrachten, die Plasmide trugen, die keine Antibiotika enthielten, Klebsiella und E. coli, wurde eine kleine Fraktion von Klebsiella arzneimittelresistent, behielt ihr Chloramphenicol-resistentes Plasmid bei und erwarb ein Tetracyclin-resistentes Plasmid von E. coli. Als die Forscher das Experiment mit Bakterien wiederholten, die Antibiotika ausgesetzt waren, fanden sie etwa 1000-mal mehr antibiotikaresistente Klebsiella.
Nur vorläufige LangzeitexpositionEin Antibiotikum, Chloramphenicol, erhöhte die Wahrscheinlichkeit, dass Chloramphenicol-resistente Klebsiella in einer antibiotikafreien Umgebung ein Tetracyclin-resistentes Plasmid von Escherichia coli erwerben würde. Darüber hinaus zeigten die Experimente des Teams auch, dass exponiertes Klebsiella-Chloramphenicol von beiden resistenten Plasmiden leichter zurückgehalten werden konnte, wenn später gegen Antibiotika resistente Zellen in einer antibiotikafreien Umgebung gezüchtet wurden.
Forscher sagen, Evolution kannErklären Sie sowohl die Resistenz von Antibiotika-resistenten Plasmiden als auch die Zunahme der Arzneimittelresistenz in Klebsiella: Setzen Sie die Stämme ihrem entsprechenden Antibiotikum aus, das für Mutationen in ihren Genomen ausgewählt wurde, um den Konflikt zwischen dem Plasmid und dem Wirt zu minimieren, was die Aufrechterhaltung dieses Plasmids als kostengünstiger macht und andere.