Antibiotiká zachraňujú životy, ale ich užívanie prispieva aj k rozvoju a šíreniu liekov odolných
Tímové experimenty ukázali tak dlhoexpozícia jednému typu antibiotika „primárne“ baktérie. Tento účinok zvýšil pravdepodobnosť, že baktérie sa stanú rezistentnými na ďalšie antibiotiká, a to aj v prípade absencie ďalšej expozície liečivám, ale tiež pomáha kmeňu udržať si tieto príznaky rezistencie po niekoľko generácií.
„Zdá sa, že účinky antibiotík súnepriamo vyberá stabilnejšie systémy antibiotickej rezistencie. Stabilnejší systém v kmeni zvyšuje pravdepodobnosť získania rezistencie na viaceré antibiotiká."
Benjamin Kerr, profesor biológie na UW
Ich výsledky tiež ukazujú, ako vystavenieantibiotiká ovplyvňujú vývojovú dynamiku baktérií. To môže pomôcť vysvetliť nielen zvýšenie odolnosti voči viacerým liečivám u baktérií, ale aj to, ako sa v prostredí udržiava a distribuuje rezistencia na antibiotiká: v lekárskych zariadeniach, v pôde po poľnohospodárskom odtoku, a to aj dlho po ukončení vystavenia antibiotikám.
Vedci testovali spoločný mechanizmusšírenie antibiotickej rezistencie v plazmidoch. Sú to reťazce kruhovej DNA, ktoré môžu obsahovať mnoho typov génov, vrátane génov rezistentných na antibiotiká. Baktérie ľahko vymieňajú plazmidy aj medzi druhmi. Avšak plazmidy majú svoje nevýhody a minulé štúdie ukázali, že ich baktérie ľahko strácajú.
„Aj keď možno nesúprospešné gény, plazmidy môžu tiež interferovať s mnohými typmi procesov v bakteriálnej bunke, ako je metabolizmus alebo replikácia DNA. Vedci teda vo všeobecnosti považujú plazmidy za drahé a zaťažujúce hostiteľskú bunku.“
Hannah Jordt, vedúca autorka štúdie o biológii
Tím univerzity pracoval s E. cellmicoli obsahujúca tetracyklín rezistentný plazmid a bunky Klebsiella pneumoniae obsahujúce plazmid rezistentný na chloramfenikol. Obaja hostitelia, ktorí predtým neboli pestovaní v prítomnosti antibiotík, nevykazovali veľkú oddanosť svojim plazmidom. Po deviatich dňoch v médiu bez antibiotík klesol podiel Klebsiella stále obsahujúci plazmid na menej ako 50%. Pre E. coli si ich plazmid zachovalo menej ako 20%.
Keď vedci odhalili kmeneantibiotiká, pričom každá z nich pestovala 400 generácií v príslušnom antibiotiku, kmene vykazovali väčšiu afinitu k svojim plazmidom aj po odstránení hrozby antibiotík. Po deviatich dňoch v médiu bez antibiotík sa viac ako polovica buniek E. coli a Klebsiella ponechala zodpovedajúcim plazmidom.
„Samozrejme, bunky potrebovali svojeplazmidy, ktoré im pomôžu prežiť vystavenie antibiotikám. Ale aj keď sme odstránili tento selektívny tlak, oba kmene si zachovali svoje plazmidy na výrazne vyšších úrovniach, ako mali pred vystavením antibiotikám."
Hannah Jordt, vedúca autorka štúdie o biológii
Okrem toho to dokázali aj ďalšie experimentyexpozícia antibiotikám zvýšila výskyt viacnásobnej rezistencie na Klebsiella. Aj bez vystavenia antibiotikám môže Klebsiella pneumoniae získať niekoľko plazmidov. Napríklad, keď vedci spojili kmene nesúce plazmidy, ktoré neobsahovali antibiotiká, Klebsiella a E. coli, malá frakcia Klebsiella sa stala rezistentnou na lieky, pričom si zachovala svoj plazmid rezistentný na chloramfenikol a získala plazmid rezistentný na tetracyklín z E. coli. Keď však vedci zopakovali experiment s použitím baktérií vystavených antibiotikám, našli asi 1000-krát viac Klebsiella rezistentných na antibiotiká.
Len predbežná dlhodobá expozíciajedno antibiotikum - chloramfenikol - zvýšilo pravdepodobnosť, že Klebsiella rezistentná na chloramfenikol by získal plazmid rezistentný na tetracyklín z Escherichia coli v médiu bez antibiotík. Experimenty tímu tiež ukázali, že keď sa bunky rezistentné na antibiotiká pestovali neskôr v prostredí bez antibiotík, exponovaný Klebsiella chloramfenikol sa ľahšie udržal v obidvoch rezistentných plazmidoch.
Vedci tvrdia, že evolúcia môževysvetliť tak odolnosť plazmidov rezistentných na antibiotiká, ako aj zvýšenie liekovej rezistencie Klebsiella: vystavenie kmeňov zodpovedajúcim antibiotikám vybraným na mutácie v ich genómoch, aby sa minimalizoval konflikt medzi plazmidom a hostiteľom, a preto je lacnejšie udržiavať tento plazmid ako a ďalšie.