Dynamika populacyjna w rozwoju lekooporności

Dynamika populacyjna w rozwoju
lekooporności
Naukowcy z Duke University w USA udowodnili, że poza kilkoma
wyjątkami, antybiotyki nie są induktorem szerzenia się lekooporności w
wyniku wymiany informacji genetycznej między bakteriami. Lekooporność
bakterii rozprzestrzenia się poprzez namnażanie się opornych mutantów,
a nie przez zwiększenie liczby bakterii, które otrzymały gen oporności de
novo.
Nadużywanie antybiotyków jest niezaprzeczalną przyczyną ogólnoświatowego
kryzysu. Z powodu istotności wzrostu liczby bakterii lekoopornych, naukowcy
postanowili powiązać ten fakt z nieskutecznością antybiotyków wynikającą z
wymiany informacji genetycznej. Najnowsze badania sugerują jednak, że winy nie
zawsze należy szukać w przekazywaniu DNA.
Generalnie przyjmuje się, że antybiotyki mogą prowadzić do horyzontalnego
transferu genów (HTG). Bakterie mogą wymieniać się informacją zawartą w
swoim materiale genetycznym z innymi bakteriami przede wszystkim poprzez
zjawisko HTG w postaci koniugacji. Pozwala to na szybkie rozprzestrzenianie się
użytecznych genów, również pomiędzy innymi gatunkami. Niemniej jednak
dokładnie nie poznano mechanizmu modulacji HTG przez antybiotyki, głównie z
powodu dużej różnorodności czynników komplikujących interpretację badań.
Niejasnym jest czy antybiotyki regulują wydajność HTG lub czy służą jako siła
modulująca dynamikę zmian następujących po transferze genów.
Naukowcy z Duke University pokazali, że stosowanie antybiotyków nie wiąże się
ze wzrostem częstotliwości wymiany genów oporności na poziomie
pojedynczych komórek bakteryjnych. Kluczową rolę odgrywa tu dynamika
liczebności populacji.
Oceniono ilościowo dynamikę koniugacji, określając selekcję mutantów związaną
z pośrednictwem antybiotyków lub brakiem ich mediacji. Ku zaskoczeniu,
subletalne stężenia antybiotyków (osłabiające w znacznym stopniu żywotność, ale
nie powodujące natychmiastowej śmierci) nie zwiększyły istotnie wydajności
koniugacji.
Podczas eksperymentów umieszczono komórki bakteryjne w warunkach, które nie
pozwalały ani na ich śmierć ani namnażanie. Mogły one jedynie wymienić się
informacją genetyczną. Utrzymanie takiego środowiska pozwoliło na obserwacje
zależności wymiany genów i stosowanych antybiotyków. Badaniom poddano 9
szczepów bakteryjnych. Wśród użytych nich można wymienić bakterie służące
jako biorcy genów oporności m.in. Escherichia coli MG1655 (K-12 F– λ– ilvG–
rfb-50 rph-1 / pTetmCherry p15A cmR FHR oriTm tetR) o oporności na
chloramfenikol i tetracyklinę czy też E.coli DH5αPro:GFP kanR (F– endA1 glnV44
thi-1 recA1 relA1 gyrA96 deoR nupG purB20 φ80dlacZΔM15 Δ(lacZYA-argF)U169,
hsdR17(rK–mK+), λ–) o oporności na kanamycynę i streptomycynę oraz jako
dawcy genów m.in. E.coli MG1655 (K-12 F– λ– ilvG– rfb-50 rph-1 / pUA66 SC101
kanR FHR oriTm tetR) o oporności na kanamycynę i tetracyklinę lub też E.coli z
plazmidem IncI pESBL-283 o oporności CTX-M1 oraz na ampicylinę. Narażono je
na rutynowo stosowane antybiotyki należące do aminoglikozydów, betalaktamów, makrolidów, chinolonów i amfenikoli (tj. kanamcyna, chloramfenikol,
norfloksacyna, spektynomycyna, erytromycyna, streptomycyna, penicylina G,
karbenicylina, gentamycyna, cefotaksym, ceftriakson). Oceniano parametry takie
jak pojemność środowiska (ang. carrying capacity) czyli maksymalną liczebność
populacji, która może istnieć w danym środowisku, wskaźniki wzrostu (ang.
growth rates) oraz wydajność koniugacji (ang. conjugation efficiency). Wskaźniki
wymiany genów tylko w paru przypadkach nieznacznie wzrosły – przy
zwiększającym się stężeniu antybiotyków. Reszta pozostawała bez zmian.
Prawdopodobnie dodanie antybiotyków spowodowało kontynuację wymiany DNA,
a nie jej inicjację.
Należy pamiętać, że istnieją przypadki, gdzie antybiotyki są odpowiedzialne za
bezpośrednią indukcję ekspresji genów lekooporności. Jednym z przykładów może
być tetracyklina, która indukuje ekspresję genów, które wpływają na transfer
oporności na tetracykliny.
Lekooporność bakterii rozprzestrzenia się poprzez dynamikę populacyjną,
a nie przez zwiększenie transferu genów jak dotychczas zakładano.
Źródło pixabay, licencja CC0
Aktualne badania pokazują, że przypisywanie antybiotykom zdolności wpływu
na HTG może być przeceniane. Poza kilkoma wyjątkami, antybiotyki nie prowadzą
do rozprzestrzeniania się lekooporności poprzez zmiany DNA na poziomie
komórkowym. Badania wskazują, że lekooporność bakterii rozprzestrzenia się
poprzez dynamikę populacyjną, a nie przez intensyfikację transferu genów.
Niektóre kombinacje leków przeciwbakteryjnych mogą jednak wpływać na
dynamikę transferu DNA, inne natomiast przeciwdziałają patogenom poprzez brak
promocji zjawiska. Być może odkrycie to pozwoli na ułożenie doskonalszych
schematów terapeutycznych.
mgr Agnieszka Helis, diagnosta laboratoryjny
Piśmiennictwo:
Lopatkin AJ. et al. Antibiotics as a selective driver for conjugation dynamics.
Nature Microb, 2016, 16044.
Data publikacji: 21.04.2016r.