Antibiotika räddar liv, men deras användning bidrar också till utveckling och spridning av läkemedelsresistenta
Teamexperiment har visat så längeexponering för en typ av antibiotikum väsentligen "grundar" bakterierna. Denna effekt har ökat sannolikheten för att bakterier kommer att bli resistenta mot ytterligare antibiotika även i avsaknad av ytterligare läkemedelseksponering, och det hjälper också stammen att behålla dessa tecken på resistens under flera generationer.
"Effekterna av antibiotika verkar varaväljer indirekt för mer stabila antibiotikaresistenssystem. Ett mer stabilt system i en stam ökar sannolikheten för att resistens mot flera antibiotika kommer att förvärvas."
Benjamin Kerr, professor i biologi vid UW
Deras resultat visar också hur exponeringantibiotika påverkar den evolutionära dynamiken i bakterier. Detta kan hjälpa till att förklara inte bara ökningen i multidrug-resistens hos bakterier, utan också hur antibiotikaresistens upprätthålls och distribueras i miljön: i medicinska institutioner, i jord från jordbruksavrinning, även länge efter att antibiotikaxponeringen avslutats.
Forskare testade en gemensam mekanismspridningen av antibiotikaresistens i plasmider. Dessa är ring-DNA-kedjor som kan innehålla många typer av gener, inklusive antibiotikaresistensgener. Bakterier utbyter lätt plasmider även mellan arter. Plasmider har dock sina nackdelar och tidigare studier har visat att bakterier lätt förlorar dem.
"Även om de kan bärafördelaktiga gener, kan plasmider också störa många typer av processer inom bakteriecellen, såsom metabolism eller DNA-replikation. Således anser forskare i allmänhet att plasmider är dyra och betungande för värdcellen."
Hannah Jordt, huvudförfattare till studien i biologi
Universitetsteamet arbetade med E. cellercoli innehållande en tetracyklinresistent plasmid och Klebsiella pneumoniae-celler innehållande en kloramfenikolresistent plasmid. Båda värdarna, som inte tidigare odlats i närvaro av antibiotika, visade inte stor hängivenhet för sina plasmider. Efter nio dagar i ett antibiotikafri medium sjönk andelen Klebsiella som fortfarande innehöll plasmiden till mindre än 50%. För E. coli behöll mindre än 20% sin plasmid.
När forskarna utsatte stammarnaantibiotika, som växte var och en av dem i 400 generationer i sina respektive antibiotika, stammarna visade en större affinitet för sina plasmider även efter att hotet om antibiotika avlägsnats. Efter nio dagar i ett antibiotikafri medium kvarhöll mer än hälften av E. coli- och Klebsiella-cellerna med motsvarande plasmid.
"Självklart behövde cellerna sinaplasmider för att hjälpa dem att överleva exponering för antibiotika. Men även efter att vi tagit bort detta selektiva tryck, behöll båda stammarna sina plasmider på betydligt högre nivåer än de hade före exponering för antibiotika."
Hannah Jordt, huvudförfattare till studien i biologi
Dessutom visade andra experiment detexponering för antibiotika ökade förekomsten av multipla Klebsiella-resistens. Även utan exponering för antibiotika kan Klebsiella pneumoniae förvärva flera plasmider. Till exempel när forskare samlade stammar som bär plasmider som inte innehöll antibiotika, Klebsiella och E. coli, blev en liten fraktion av Klebsiella läkemedelsresistent och behöll sin kloramfenikolresistenta plasmid och förvärvade en tetracyklinresistent plasmid från E. coli. Men när forskarna upprepade experimentet med bakterier exponerade för antibiotika, hittade de cirka 1000 gånger mer antibiotikaresistenta Klebsiella.
Endast preliminär långvarig exponeringett antibiotikum - kloramfenikol - ökade sannolikheten för att kloramfenikolresistent Klebsiella skulle förvärva en tetracyklinresistent plasmid från Escherichia coli i ett medium fritt från antibiotika. Dessutom visade teamets experiment också att när antibiotikaresistenta celler odlades senare i en antibiotikafri miljö, exponerades Klebsiella kloramfenikol lättare bibehölls av båda resistenta plasmider.
Forskare säger att evolution kanförklara både resistensen hos antibiotikaresistenta plasmider och ökningen i läkemedelsresistens i Klebsiella: exponering av stammarna för deras motsvarande antibiotika valt för mutationer i deras genom för att minimera konflikten mellan plasmiden och värden, vilket gör det mindre kostsamt att bibehålla denna plasmid som och andra.