Antybiotyki ratują życie, ale ich stosowanie przyczynia się także do rozwoju i rozprzestrzeniania się leków lekoopornych
Eksperymenty zespołowe wykazały tak długoekspozycja na jeden rodzaj antybiotyku zasadniczo „gruntuje” bakterie. Efekt ten zwiększył prawdopodobieństwo, że bakterie staną się oporne na dodatkowe antybiotyki nawet przy braku dalszej ekspozycji na lek; pomaga również szczepowi zachować te oznaki oporności przez kilka pokoleń.
„Wydaje się, że skutki antybiotyków są takiepośrednio wybiera bardziej stabilne systemy oporności na antybiotyki. Bardziej stabilny system w szczepie zwiększa prawdopodobieństwo nabycia oporności na wiele antybiotyków.”
Benjamin Kerr, profesor biologii na UW
Ich wyniki pokazują również, w jaki sposób ekspozycjaantybiotyki wpływają na dynamikę ewolucji bakterii. Może to pomóc wyjaśnić nie tylko wzrost oporności wielolekowej u bakterii, ale także sposób, w jaki oporność na antybiotyki jest utrzymywana i dystrybuowana w środowisku: w placówkach medycznych, w glebie z odpływu rolniczego, nawet długo po zakończeniu ekspozycji na antybiotyk.
Badacze przetestowali wspólny mechanizmrozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki w plazmidach. Są to pierścieniowe łańcuchy DNA, które mogą zawierać wiele rodzajów genów, w tym geny oporności na antybiotyki. Bakterie łatwo wymieniają plazmidy nawet między gatunkami. Niemniej jednak plazmidy mają swoje wady, a wcześniejsze badania wykazały, że bakterie łatwo je tracą.
„Nawet jeśli mogą nieśćkorzystnych genów, plazmidy mogą również zakłócać wiele rodzajów procesów zachodzących w komórce bakteryjnej, takich jak metabolizm lub replikacja DNA. Dlatego naukowcy na ogół uważają plazmidy za drogie i uciążliwe dla komórki gospodarza”.
Hannah Jordt, główna autorka badania z biologii
Zespół uniwersytecki pracował z E. komórkamicoli zawierające plazmid oporny na tetracyklinę i komórki Klebsiella pneumoniae zawierające plazmid oporny na chloramfenikol. Obaj gospodarze, którzy wcześniej nie byli hodowani w obecności antybiotyków, nie wykazywali wielkiego poświęcenia wobec swoich plazmidów. Po dziewięciu dniach w pożywce bez antybiotyków odsetek Klebsiella wciąż zawierającego plazmid spadł do mniej niż 50%. W przypadku E. coli - mniej niż 20% zachowało swój plazmid.
Kiedy naukowcy odkryli szczepyantybiotyki, hodując każde z nich przez 400 pokoleń w swoim odpowiednim antybiotyku, szczepy wykazywały większe powinowactwo do swoich plazmidów nawet po usunięciu zagrożenia antybiotykami. Po dziewięciu dniach w pożywce wolnej od antybiotyków ponad połowę komórek E. coli i Klebsiella zatrzymano z odpowiednim plazmidem.
„Oczywiście komórki ich potrzebowałyplazmidy, które pomagają im przetrwać ekspozycję na antybiotyki. Ale nawet po usunięciu tej presji selekcyjnej oba szczepy zachowały swoje plazmidy na znacznie wyższym poziomie niż przed ekspozycją na antybiotyki”.
Hannah Jordt, główna autorka badania z biologii
Ponadto inne eksperymenty wykazały toekspozycja na antybiotyki zwiększała występowanie wielokrotnej oporności Klebsiella. Nawet bez ekspozycji na antybiotyki Klebsiella pneumoniae może uzyskać kilka plazmidów. Na przykład, kiedy naukowcy połączyli szczepy niosące plazmidy, które nie zawierały antybiotyków, Klebsiella i E. coli, niewielka część Klebsiella stała się oporna na leki, zachowując swój plazmid oporny na chloramfenikol i nabyła plazmid oporny na tetracyklinę od E. coli. Ale kiedy naukowcy powtórzyli eksperyment z wykorzystaniem bakterii narażonych na antybiotyki, odkryli około 1000 razy więcej odpornej na antybiotyki Klebsiella.
Wstępna tylko długoterminowa ekspozycjajeden antybiotyk - chloramfenikol - zwiększał prawdopodobieństwo, że Klebsiella oporny na chloramfenikol nabywa oporny na tetracyklinę plazmid z Escherichia coli w podłożu wolnym od antybiotyków. Ponadto eksperymenty zespołu wykazały również, że gdy komórki oporne na antybiotyki hodowano później w środowisku wolnym od antybiotyków, ekspozycja na chloramfenikol Klebsiella była łatwiej zachowywana przez oba oporne plazmidy.
Naukowcy twierdzą, że ewolucja możewyjaśnić zarówno oporność plazmidów opornych na antybiotyki, jak i wzrost oporności Klebsiella na leki: wystawienie szczepów na odpowiedni antybiotyk wybrany do mutacji w ich genomach, aby zminimalizować konflikt między plazmidem a gospodarzem, co sprawia, że utrzymanie tego plazmidu jest mniej kosztowne, ponieważ i inni.