Oporność na antybiotyki szybko się rozprzestrzenia na całym świecie. Kiedy bakterie zakaźne mutują w określony sposób, a następnie namnażają się, mogą stać się oporne nawet na najsilniejsze leki. Jednak badania ujawniły niepokojący alternatywny sposób rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki: organizm, który przekazuje swoją odporność innym żywym bakteriom.
W czerwcu 2012 roku 35-letni mężczyzna z São Paulo znalazł się w szpitalu z mnóstwem problemów. Oprócz diagnozy raka skóry powiedziano mu, że ma potencjalnie śmiertelną infekcję bakteryjną. Lekarze skierowali go na chemioterapię i antybiotyki, a kuracja bakteriobójcza wydawała się działać. Ale w ciągu miesiąca powróciła gorączka wywołana mikrobami.
Pacjent zaraził się dobrze znanym superbakterią MRSA (opornym na metycylinę Staphylococcus aureus). Tak więc zespół medyczny zwrócił się do jednego z antybiotyków „ostatniej linii obrony”, potężny związek wankomycyny. Ten szczep MRSA początkowo nie miał naturalnej obrony przed wankomycyną, ale do sierpnia tego roku stał się oporny, co sprawiło, że leczenie stało się nieskuteczne.
Naukowcy by później odkryć że zamiast nabywać oporność przez prostą mutację, MRSA otrzymało ogromny kawałek nowego DNA. W tym łańcuchu oddanego kodu genetycznego znajdowały się instrukcje dotyczące białek, które chroniłyby bakterie przed destrukcyjnym działaniem antybiotyku. MRSA otrzymał zwycięskie rozdanie, ale skąd wzięło się to DNA?
Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail
Wchodzę Enterococcus faecalis. Ten robak jest zwykle opisywany jako bakteria komensalna (jedna z naszych „dobrych bakterii”), która żyje szczęśliwie w naszych jelitach i nie powoduje żadnych szkód. Nasze przewody pokarmowe są ule aktywności drobnoustrojów, goszcząc jednokomórkowe organizmy w ich bilionach. Tak zwany mikrobiom jest niezwykle ważny dla utrzymania zdrowe ludzkie jelita, ale także pomaga stłumić złowrogą stronę robaków, takich jak kał.
Kiedy pacjenci z osłabionym układem odpornościowym przechodzą leczenie antybiotykami, ta niepożądana strona może się rozwijać. Kiedy otrzymujemy antybiotyki, bezkrytycznie usuwają one wszystkie bakterie, które nie mają naturalnych mechanizmów obronnych, czasami oczyszczając mikrobiom jelitowy wielu przyjaznych mieszkańców. Ale kał jest samoistnie wyposażone z arsenałem naturalnych mechanizmów odpornościowych w swoim DNA, często pozwalających mu przetrwać.
Bez uciążliwych sąsiadów i bez zdolnego systemu odpornościowego, który by je trzymał w ryzach, kał i jego odporni rówieśnicy rozmnażają się i rozwijają, dzieląc się radośnie, by przenieść się do nowo dostępnej nieruchomości jelit. I wkrótce wchodzą w bliski kontakt ze swoimi odpornymi i potencjalnie chorobotwórczymi sąsiadami.
Wymiana informacji
Kiedy ludzie się spotykają, często wymieniamy się pomysłami za pomocą języka. Ale kiedy bakterie się spotykają, mogą wymieniać informacje za pomocą instrukcji zakodowanych w DNA. Jest to znane jako poziomy transfer genów, gdzie kopie DNA przemieszczają się z jednej komórki do drugiej. Niestety, E. faecalis a jego rodacy superbakterii mają wszystkie najlepsze informacje, którymi mogą się dzielić, informacje, które pozwalają im przetrwać antybiotyki.
Faecalis posunął się jednak o krok dalej na swojej ewolucyjnej drodze, stając się jednym z najlepszych handlarzy odpornością na antybiotyki. Jednym z mechanizmów obronnych wykorzystywanym przez bakterie do ochrony przed niechcianym kodem genetycznym jest system CRISPR-cas9, który naukowcy wykorzystują również jako sposób edytować DNA. System powstał jako środek umożliwiający bakteriom cięcie wirusowego DNA i innego potencjalnie niebezpiecznego kodu genetycznego na kawałki, zanim wyrządzi im to szkodę.
E. faecalis kiedyś nosiła ważny system CRISPR-cas9, ale, co zdumiewające, poświęciła mechanizm obronny, aby każdy rodzaj DNA mógł wejść i pozostać w ścianach komórki. Była to ryzykowna strategia, ale ostatecznie okazała się opłacalna, odblokowując środki kałowe do zdobywania, a następnie przekazywania, połaci wiedzy genetycznej. To właśnie dzięki temu projektowi zysku i wymiany, który dał kał oporność na wankomycynę po MRSA.
Oporność na antybiotyki zagraża naszej zdolności do leczenia poważnych infekcji. Titikul B/Shutterstock
Antybiotyki odgrywają kluczową rolę we współczesnej medycynie. Są rutynowo stosowane w leczeniu chorób zakaźnych, podawane zapobiegawczo po operacji i przyczyniły się do wydłużenia średniej długości życia o średnio 20 lat na całym świecie. To sprawia, że walka z opornością na antybiotyki jest jedną z najważniejszych najbardziej palące problemy z jakimi spotykają się dzisiaj nasz gatunek. Jednak w bakteriach takich jak kał naukowcy odkryli zmowę drobnoustrojów w celu eskalacji zagrożenia związanego z wykształconą opornością na antybiotyki.
To sprawia, że zrozumienie E. faecalis o kapitalnym znaczeniu. Jednak większość naturalnej, wrodzonej odporności drobnoustroju pozostaje owiana tajemnicą. Frustrujące jest to, że kał często ma asa w rękawie, gdy jest prowokowany przez antybiotyki. Jeśli na przykład usuniemy integralny kawałek DNA, często okazuje się, że kał ma inną sekcję DNA, która może pełnić tę samą rolę, niezależnie od tego, że zapewnia oporność na antybiotyki. Jednak nie do końca rozumiemy, które fragmenty DNA mają genetyczne plany tworzenia kopii zapasowych, a które nie.
Kawałek DNA bez kopii zapasowych byłby idealnym celem dla leku. I na szczęście jesteśmy w stanie zidentyfikować te istotne fragmenty w laboratorium poprzez stopniowe usuwanie segmentów DNA. Jedna po drugiej, każda delecja przybliży nas o krok do zidentyfikowania kluczowych części kodu genetycznego, które są kluczowe dla E. faecalis przetrwać. To daje nam pewność, że wkrótce będziemy w stanie ułożyć talię na swoją korzyść przeciwko temu oszczędnemu oportunistycznemu patogenowi i ostatecznie usunąć krupiera z gry.
O autorach
Sali Morris, Doktorant, University of Bath i Jamesa S. Hortona, Doktorant, University of Bath
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
książki_zdrowie
