אנטיביוטיקה מצילה חיים, אך השימוש בהן תורם גם לפיתוח ולהפצה של עמידים לתרופות
ניסויים בצוות הראו זמן רבחשיפה לסוג אחד של אנטיביוטיקה למעשה "מייצרת" את החיידקים. השפעה זו הגבירה את הסבירות כי חיידקים יהפכו עמידים לאנטיביוטיקה נוספת גם בהיעדר חשיפה נוספת לתרופות, והיא גם מסייעת למתח לשמור על סימני עמידות אלו למשך מספר דורות.
"נראה שההשפעות של אנטיביוטיקה הןבוחר בעקיפין עבור מערכות עמידות לאנטיביוטיקה יציבות יותר. מערכת יציבה יותר בזן מגבירה את הסבירות שתירכש עמידות לאנטיביוטיקה מרובות".
בנג'מין קר, פרופסור לביולוגיה ב-UW
תוצאותיהם גם מראות כיצד חשיפהאנטיביוטיקה משפיעה על הדינמיקה האבולוציונית בחיידקים. זה יכול לעזור להסביר לא רק את העלייה בעמידות הרב-תרופתית בחיידקים, אלא גם כיצד נשמרת ומופצת עמידות לאנטיביוטיקה בסביבה: במוסדות רפואיים, באדמה מנגר חקלאי, אפילו הרבה לאחר סיום החשיפה לאנטיביוטיקה.
החוקרים בדקו מנגנון נפוץהתפשטות העמידות לאנטיביוטיקה בפלסמידות. מדובר בשרשרות DNA טבעתיות שיכולות להכיל סוגים רבים של גנים, כולל גנים עמידים לאנטיביוטיקה. חיידקים מחליפים בקלות פלסמידות אפילו בין מינים. עם זאת, פלסמידות יש חסרונות, ומחקרי עבר הראו כי חיידקים מאבדים אותם בקלות.
"למרות שהם עשויים לשאתגנים מועילים, פלסמידים יכולים גם להפריע לסוגים רבים של תהליכים בתוך התא החיידקי, כגון מטבוליזם או שכפול DNA. לפיכך, מדענים רואים בדרך כלל בפלסמידים כיקרים ומכבידים על התא המארח."
האנה ג'ורדט, המחברת הראשית של המחקר בביולוגיה
צוות האוניברסיטה עבד עם תאי E.קולי המכיל פלסמיד עמיד לטטרציקלין, ותאי Klebsiella pneumoniae המכילים פלסמיד עמיד בפני כלורמפניקול. שני המארחים, שלא גודלו בעבר בנוכחות אנטיביוטיקה, לא הראו דבקות רבה בפלסמידים שלהם. לאחר תשעה ימים במדיום נטול אנטיביוטיקה, שיעור הקלבסיאלה שעדיין מכיל את הפלסמיד ירד לפחות מ- 50%. עבור E. coli - פחות מ 20% שמרו על הפלסמיד שלהם.
כאשר החוקרים חשפו את הזניםאנטיביוטיקה, שגידלה כל אחד מהם במשך 400 דורות באנטיביוטיקה המתאימה להם, הזנים הראו זיקה רבה יותר לפלסמידות שלהם גם לאחר הסרת האיום באנטיביוטיקה. לאחר תשעה ימים במדיום נטול אנטיביוטיקה, יותר ממחצית התאים E. coli ו- Klebsiella נשמרו עם הפלסמיד המקביל.
"כמובן, התאים היו צריכים את שלהםפלסמידים כדי לעזור להם לשרוד חשיפה לאנטיביוטיקה. אבל גם לאחר שהסרנו את הלחץ הסלקטיבי הזה, שני הזנים שמרו על הפלסמידים שלהם ברמות גבוהות משמעותית ממה שהיו לפני החשיפה לאנטיביוטיקה."
האנה ג'ורדט, המחברת הראשית של המחקר בביולוגיה
בנוסף, ניסויים אחרים הראו זאתחשיפה לאנטיביוטיקה הגבירה את התופעה של מספר רב של עמידות בפני קלבסיאלה. אפילו ללא חשיפה לאנטיביוטיקה, Klebsiella pneumoniae יכול לרכוש מספר פלסמידים. לדוגמה, כאשר החוקרים קירבו זנים הנושאים פלסמידים שאינם מכילים אנטיביוטיקה, קלבסיאלה ואי קולי, חלק קטן מהקלבסיאלה הפך לעמיד בפני תרופות, תוך שמירה על פלסמיד עמידים לכלורמפניקול שלהם ורכש פלסמיד עמיד לטטרציקלין מ- E. coli. אולם כאשר החוקרים חזרו על הניסוי באמצעות חיידקים שנחשפו לאנטיביוטיקה, הם מצאו כ -1000 יותר קלבסיאלה עמידים לאנטיביוטיקה.
חשיפה ראשונית לטווח הארוך בלבדאנטיביוטיקה אחת - כלורמפניקול - הגדילה את הסבירות כי קלבסיאלה עמיד בפני כלורמפיניקול תרכוש פלסמיד עמיד לטטרציקלין ממוצרי Escherichia coli במדיום נטול אנטיביוטיקה. בנוסף, הניסויים של הצוות הראו גם שכאשר גידול מאוחר יותר של תאים עמידים לאנטיביוטיקה בסביבה נטולת אנטיביוטיקה, קלבסילה כלורמפיניקול חשופה הוחזקה ביתר קלות על ידי שני הפלסמידים העמידים.
החוקרים טוענים כי האבולוציה יכולהמסבירים הן את ההתנגדות של פלסמידות עמידות לאנטיביוטיקה והן את העלייה בעמידות התרופתית של קלבסיאלה: חשיפת הזנים לאנטיביוטיקה המתאימה שנבחרה למוטציות בגנום שלהם כדי למזער את הקונפליקט בין הפלסמיד והמארח, מה שהופך את זה פחות יקר לשמור על פלסמיד זה כ ואחרים.