Antibiotica redden levens, maar het gebruik ervan draagt ook bij aan de ontwikkeling en verspreiding van resistente geneesmiddelen
Teamexperimenten hebben dat lang aangetoondblootstelling aan één type antibioticum in wezen 'primers' van de bacteriën. Dit effect heeft de kans vergroot dat bacteriën resistent worden tegen extra antibiotica, zelfs als er geen verdere blootstelling aan het geneesmiddel is; het helpt de stam ook om deze tekenen van resistentie gedurende meerdere generaties te behouden.
"De effecten van antibiotica lijken te zijnindirect selecteert voor stabielere antibioticaresistentiesystemen. Een stabieler systeem in een stam vergroot de kans dat resistentie tegen meerdere antibiotica wordt verworven."
Benjamin Kerr, hoogleraar biologie aan UW
Hun resultaten laten ook zien hoe blootstellingantibiotica beïnvloeden de evolutionaire dynamiek van bacteriën. Dit kan helpen om niet alleen de toename van multiresistente resistentie bij bacteriën te verklaren, maar ook hoe antibioticaresistentie wordt gehandhaafd en verspreid in het milieu: in medische instellingen, in de bodem door afvloeiing van de landbouw, zelfs lang na het beëindigen van de blootstelling aan antibiotica.
Onderzoekers hebben een gemeenschappelijk mechanisme getestde verspreiding van antibioticaresistentie in plasmiden. Dit zijn ring-DNA-ketens die vele soorten genen kunnen bevatten, waaronder antibioticaresistentiegenen. Bacteriën wisselen gemakkelijk plasmiden uit, zelfs tussen soorten. Desalniettemin hebben plasmiden hun nadelen en eerdere studies hebben aangetoond dat bacteriën ze gemakkelijk verliezen.
‘Ook al dragen ze misschienOmdat ze nuttige genen bevatten, kunnen plasmiden ook interfereren met vele soorten processen in de bacteriële cel, zoals het metabolisme of de DNA-replicatie. Daarom beschouwen wetenschappers plasmiden over het algemeen als duur en belastend voor de gastheercel.”
Hannah Jordt, hoofdauteur van de studie in de biologie
Het universiteitsteam werkte met E. cellencoli met een tegen tetracycline resistent plasmide en Klebsiella pneumoniae-cellen met een tegen chlooramfenicol resistent plasmide. Beide gastheren, die niet eerder waren gekweekt in aanwezigheid van antibiotica, toonden geen grote toewijding aan hun plasmiden. Na negen dagen in een antibioticavrij medium daalde het aandeel Klebsiella dat nog steeds het plasmide bevatte tot minder dan 50%. Voor E. coli behield minder dan 20% hun plasmide.
Toen de onderzoekers de stammen blootlegdenantibiotica, die elk gedurende 400 generaties in hun respectievelijke antibioticum groeiden, vertoonden de stammen een grotere affiniteit voor hun plasmiden, zelfs nadat de bedreiging van antibiotica was verwijderd. Na negen dagen in een antibioticavrij medium werd meer dan de helft van de cellen van E. coli en Klebsiella tegengehouden met het overeenkomstige plasmide.
“Natuurlijk hadden de cellen hun cellen nodigplasmiden om hen te helpen de blootstelling aan antibiotica te overleven. Maar zelfs nadat we deze selectieve druk hadden weggenomen, behielden beide stammen hun plasmiden op aanzienlijk hogere niveaus dan vóór de blootstelling aan antibiotica."
Hannah Jordt, hoofdauteur van de studie in de biologie
Bovendien hebben andere experimenten dat aangetoondblootstelling aan antibiotica verhoogde het optreden van meervoudige Klebsiella-resistentie. Zelfs zonder blootstelling aan antibiotica kan Klebsiella pneumoniae verschillende plasmiden verkrijgen. Toen onderzoekers bijvoorbeeld stammen samenbrachten die plasmiden bevatten die geen antibiotica bevatten, Klebsiella en E. coli, werd een klein deel van Klebsiella resistent tegen geneesmiddelen, behield hun chlooramfenicol-resistente plasmide en verwierf een tegen tetracycline resistent plasmide van E. coli. Maar toen de onderzoekers het experiment herhaalden met bacteriën die aan antibiotica waren blootgesteld, vonden ze ongeveer 1000 keer meer antibioticaresistente Klebsiella.
Alleen voorlopige langdurige blootstellingéén antibioticum, chlooramfenicol, verhoogde de kans dat chlooramfenicol-resistente Klebsiella een tetracycline-resistent plasmide van Escherichia coli zou verwerven in een antibioticavrije omgeving. Bovendien toonden de experimenten van het team ook aan dat wanneer antibioticaresistente cellen later werden gekweekt in een antibioticavrije omgeving, Klebsiella chlooramfenicol blootgesteld gemakkelijker werd vastgehouden door beide resistente plasmiden.
Onderzoekers zeggen dat evolutie dat kanverklaren zowel de resistentie van antibioticaresistente plasmiden als de toename van medicijnresistentie van Klebsiella: het blootstellen van de stammen aan het overeenkomstige antibioticum dat is geselecteerd voor mutaties in hun genomen om conflicten tussen het plasmide en de gastheer te minimaliseren, wat het goedkoper maakt om dit plasmide te behouden als en anderen.