Antibiotika redder liv, men bruken av dem bidrar også til utvikling og spredning av medikamentresistente
Teameksperimenter har vist det lengeeksponering for en type antibiotika som "primer" bakteriene. Denne effekten har økt sannsynligheten for at bakterier vil bli resistente mot ytterligere antibiotika selv i mangel av ytterligere medikamenteksponering, og det hjelper også belastningen å beholde disse tegnene på resistens i flere generasjoner.
"Effekten av antibiotika ser ut til å værevelger indirekte for mer stabile antibiotikaresistenssystemer. Et mer stabilt system i en stamme øker sannsynligheten for at resistens mot flere antibiotika vil bli ervervet."
Benjamin Kerr, professor i biologi ved UW
Resultatene deres viser også hvordan eksponeringantibiotika påvirker evolusjonsdynamikken i bakterier. Dette kan bidra til å forklare ikke bare økningen i multidrugsresistens hos bakterier, men også hvordan antibiotikaresistens opprettholdes og distribueres i miljøet: i medisinske institusjoner, i jord fra avrenning fra landbruket, selv lenge etter avsluttet antibiotikaksponering.
Forskere testet en vanlig mekanismespredning av antibiotikaresistens i plasmider. Dette er ring-DNA-kjeder som kan inneholde mange typer gener, inkludert antibiotikaresistensgener. Bakterier utveksler lett plasmider selv mellom arter. Likevel har plasmider ulempene, og tidligere studier har vist at bakterier lett mister dem.
«Selv om de kan bæregunstige gener, kan plasmider også forstyrre mange typer prosesser i bakteriecellen, for eksempel metabolisme eller DNA-replikasjon. Derfor anser forskere generelt at plasmider er dyre og tyngende for vertscellen.»
Hannah Jordt, hovedforfatter av studien i biologi
Universitetsteamet jobbet med E. cellercoli som inneholder et tetracyklinresistent plasmid, og Klebsiella pneumoniae-celler som inneholder et kloramfenikolresistent plasmid. Begge vertene, som ikke tidligere ble dyrket i nærvær av antibiotika, viste ikke stor hengivenhet for plasmidene deres. Etter ni dager i et antibiotikafri medium, sank andelen av Klebsiella som fortsatt inneholder plasmidet til under 50%. For E. coli beholdt mindre enn 20% plasmidet.
Da forskerne utsatte belastningeneantibiotika, og dyrket hver av dem i 400 generasjoner i hvert sitt antibiotika, og stammene viste en større affinitet for plasmidene, selv etter at trusselen om antibiotika ble fjernet. Etter ni dager i et antibiotikafritt medium ble mer enn halvparten av E. coli- og Klebsiella-celler beholdt med det tilsvarende plasmid.
"Selvfølgelig trengte cellene sineplasmider for å hjelpe dem med å overleve eksponering for antibiotika. Men selv etter at vi fjernet dette selektive trykket, beholdt begge stammene sine plasmider på betydelig høyere nivåer enn de hadde før eksponering for antibiotika."
Hannah Jordt, hovedforfatter av studien i biologi
I tillegg viste andre eksperimenter deteksponering for antibiotika økte forekomsten av multippel Klebsiella-resistens. Selv uten antibiotisk eksponering kan Klebsiella pneumoniae skaffe flere plasmider. For eksempel, når forskere samlet sammen stammer som bar plasmider som ikke inneholdt antibiotika, Klebsiella og E. coli, ble en liten brøkdel av Klebsiella medikamentresistent, og beholdt det kloramfenikolresistente plasmidet og skaffet et tetracyklinresistent plasmid fra E. coli. Men da forskerne gjentok eksperimentet ved å bruke bakterier utsatt for antibiotika, fant de omtrent 1000 ganger mer antibiotikaresistent Klebsiella.
Foreløpig langsiktig eksponeringett antibiotikum - kloramfenikol - økte sannsynligheten for at kloramfenikolresistent Klebsiella ville skaffe seg et tetracyklinresistent plasmid fra Escherichia coli i et antibiotikumfritt miljø. I tillegg viste teamets eksperimenter også at når antibiotikaresistente celler ble dyrket senere i et antibiotikafritt miljø, ble Klebsiella kloramfenikol som ble utsatt lettere beholdt av begge resistente plasmider.
Forskere sier evolusjon kanforklare både resistensen av antibiotikaresistente plasmider og økningen i medikamentresistens for Klebsiella: å utsette stammene for det tilsvarende antibiotika valgt for mutasjoner i deres genom for å minimere konflikt mellom plasmidet og verten, noe som gjør det mindre kostbart å opprettholde dette plasmidet som og andre.