Τα αντιβιοτικά σώζουν ζωές, αλλά η χρήση τους συμβάλλει επίσης στην ανάπτυξη και εξάπλωση ανθεκτικών στα φάρμακα
Τα ομαδικά πειράματα έχουν δείξει τόσο πολύέκθεση σε έναν τύπο αντιβιοτικού ουσιαστικά «εκκινητών» των βακτηρίων. Αυτό το αποτέλεσμα έχει αυξήσει την πιθανότητα τα βακτήρια να γίνουν ανθεκτικά σε πρόσθετα αντιβιοτικά ακόμη και αν δεν υπάρχει περαιτέρω έκθεση σε φάρμακα, βοηθά επίσης το στέλεχος να διατηρήσει αυτά τα σημάδια αντίστασης για αρκετές γενιές.
«Τα αποτελέσματα των αντιβιοτικών φαίνεται να είναιέμμεσα επιλέγει για πιο σταθερά συστήματα ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά. Ένα πιο σταθερό σύστημα σε ένα στέλεχος αυξάνει την πιθανότητα να αποκτηθεί αντοχή σε πολλαπλά αντιβιοτικά».
Benjamin Kerr, καθηγητής βιολογίας στο UW
Τα αποτελέσματά τους δείχνουν επίσης πώς η έκθεσητα αντιβιοτικά επηρεάζουν την εξελικτική δυναμική των βακτηρίων. Αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να εξηγήσετε όχι μόνο την αύξηση της αντοχής στα πολλαπλά φάρμακα στα βακτήρια, αλλά και τον τρόπο με τον οποίο διατηρείται και διανέμεται η αντοχή στα αντιβιοτικά στο περιβάλλον: σε ιατρικές εγκαταστάσεις, στο έδαφος από τη γεωργική απορροή, ακόμη και πολύ μετά τον τερματισμό της έκθεσης σε αντιβιοτικά.
Οι ερευνητές δοκίμασαν έναν κοινό μηχανισμόη εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά στα πλασμίδια. Πρόκειται για αλυσίδες DNA δακτυλίου που μπορούν να περιέχουν πολλούς τύπους γονιδίων, συμπεριλαμβανομένων γονιδίων αντοχής στα αντιβιοτικά. Τα βακτήρια ανταλλάσσουν εύκολα πλασμίδια ακόμη και μεταξύ ειδών. Ωστόσο, τα πλασμίδια έχουν τα μειονεκτήματά τους και προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι τα βακτήρια τα χάνουν εύκολα.
«Αν και μπορεί να κουβαλάνεωφέλιμα γονίδια, τα πλασμίδια μπορούν επίσης να παρεμβαίνουν σε πολλούς τύπους διεργασιών εντός του βακτηριακού κυττάρου, όπως ο μεταβολισμός ή η αντιγραφή του DNA. Έτσι, οι επιστήμονες γενικά θεωρούν ότι τα πλασμίδια είναι ακριβά και επιβαρυντικά για το κύτταρο ξενιστή».
Hannah Jordt, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης στη βιολογία
Η πανεπιστημιακή ομάδα συνεργάστηκε με Ε. Κύτταραcoli που περιέχει ένα ανθεκτικό σε τετρακυκλίνη πλασμίδιο και κύτταρα Klebsiella pneumoniae που περιέχουν ένα ανθεκτικό σε χλωραμφενικόλη πλασμίδιο. Και οι δύο ξενιστές, που δεν είχαν προηγουμένως αναπτυχθεί παρουσία αντιβιοτικών, δεν έδειξαν μεγάλη αφοσίωση στα πλασμίδια τους. Μετά από εννέα ημέρες σε μέσο χωρίς αντιβιοτικά, η αναλογία του Klebsiella που εξακολουθεί να περιέχει το πλασμίδιο μειώθηκε σε λιγότερο από 50%. Για E. coli - λιγότερο από 20% διατήρησε το πλασμίδιο τους.
Όταν οι ερευνητές εξέθεσαν τα στελέχηαντιβιοτικά, αυξάνοντας το καθένα για 400 γενεές στο αντίστοιχο αντιβιοτικό τους, τα στελέχη έδειξαν μεγαλύτερη συγγένεια για τα πλασμίδια τους ακόμη και μετά την αφαίρεση της απειλής των αντιβιοτικών. Μετά από εννέα ημέρες σε μέσο χωρίς αντιβιοτικά, περισσότερα από τα μισά από τα κύτταρα E.coli και Klebsiella διατηρήθηκαν με το αντίστοιχο πλασμίδιο.
«Φυσικά, τα κύτταρα τα χρειάζοντανπλασμίδια για να τα βοηθήσουν να επιβιώσουν από την έκθεση στα αντιβιοτικά. Αλλά ακόμη και αφού αφαιρέσαμε αυτή την επιλεκτική πίεση, και τα δύο στελέχη διατήρησαν τα πλασμίδια τους σε σημαντικά υψηλότερα επίπεδα από αυτά που είχαν πριν από την έκθεση σε αντιβιοτικά».
Hannah Jordt, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης στη βιολογία
Επιπλέον, άλλα πειράματα έδειξαν ότιη έκθεση σε αντιβιοτικά αύξησε την εμφάνιση πολλαπλής αντοχής στο Klebsiella. Ακόμη και χωρίς έκθεση σε αντιβιοτικά, το Klebsiella pneumoniae μπορεί να αποκτήσει πολλά πλασμίδια. Για παράδειγμα, όταν οι ερευνητές συγκέντρωσαν στελέχη που φέρουν πλασμίδια που δεν περιείχαν αντιβιοτικά, το Klebsiella και το E.coli, ένα μικρό κλάσμα του Klebsiella έγινε ανθεκτικό στα φάρμακα, διατηρώντας το ανθεκτικό στο χλωραμφενικόλη πλασμίδιο και απέκτησε ένα ανθεκτικό σε τετρακυκλίνη πλασμίδιο από το E.coli. Αλλά όταν οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμα χρησιμοποιώντας βακτήρια που εκτέθηκαν σε αντιβιοτικά, βρήκαν περίπου 1000 φορές περισσότερο ανθεκτικό στα αντιβιοτικά Klebsiella.
Προκαταρκτική μακροπρόθεσμη έκθεση μόνοένα αντιβιοτικό - η χλωραμφενικόλη - αύξησε την πιθανότητα το ανθεκτικό στη χλωραμφενικόλη Klebsiella να αποκτήσει ένα ανθεκτικό σε τετρακυκλίνη πλασμίδιο από το Escherichia coli σε ένα μέσο χωρίς αντιβιοτικά. Επιπλέον, τα πειράματα της ομάδας έδειξαν επίσης ότι όταν τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά κύτταρα αναπτύχθηκαν αργότερα σε περιβάλλον χωρίς αντιβιοτικά, η εκτεθειμένη Klebsiella chloramphenicol συγκρατήθηκε ευκολότερα και από τα δύο ανθεκτικά πλασμίδια.
Οι ερευνητές λένε ότι η εξέλιξη μπορείεξηγήστε τόσο την αντίσταση των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά πλασμιδίων όσο και την αύξηση της αντοχής στα φάρμακα στο Klebsiella: εκθέτοντας τα στελέχη στο αντίστοιχο αντιβιοτικό τους που έχει επιλεγεί για μεταλλάξεις στα γονιδιώματά τους για να ελαχιστοποιηθεί η σύγκρουση μεταξύ του πλασμιδίου και του ξενιστή, γεγονός που καθιστά λιγότερο δαπανηρή τη διατήρηση αυτού του πλασμιδίου και άλλοι.