Era postantybiotykowa – czy to już?

Nauka jest dla ludzi| Klaudia Chińcza
Era postantybiotykowa – czy to
już?
Klaudia Chińcza
Powinniśmy byli posłuchać Fleminga, odkrywcę penicyliny, który to jako jeden z pierwszych
przewidział zagrożenie jakim jest oporność bakterii na antybiotyki. Natomiast my byliśmy
beztroscy – postanowiliśmy zignorować to ostrzeżenie. Antybiotyki zaczęły być stosowane bez
umiaru oraz często bez potrzeby, w takich dziedzinach, jak lecznictwo, profilaktyka, czy też nawet
w różnych gałęziach produkcji. Czy przez to teraz czeka nas powrót do przeszłości, kiedy to nawet
małe skaleczenie mogło mieć śmiertelny skutek? Czy jest jeszcze nadzieja na zatrzymanie tego
procesu?
Antybiotyki i antybiotykooporność
Zacznijmy od pytania: czym w ogóle są antybiotyki? Początkowo były to naturalne substancje
zabijające bakterie lub hamujące ich wzrost i podział. Obecnie do grona tych leków zalicza się również
substancje otrzymane drogą syntezy chemicznej. Stosowane były do ułatwienia organizmowi gospodarza powstrzymania większości zakażeń bakteryjnych. Jednakże w dzisiejszych czasach efekty
ich działania nie są aż tak spektakularne. Dzieje się tak, ponieważ coraz więcej bakterii nabyło
antybiotykooporność. Zjawisko to wymusiło na naukowcach konieczność syntezy nowych antybiotyków. Jeden z pierwszych przykładów uświadamiających ten problem ukazał się w 1942 w USA,
gdy pacjent zakażony gronkowcem złocistym (Staphylococcus aureus) został wyleczony niewielką
dawką penicyliny. Natomiast 6 lat później szczepyoporne na ten antybiotyk były już szeroko rozpowszechnione. Kolejnymi wprowadzonymi antybiotykami były m.in. metacylina, wankomycyna czy też
linezolid. Jednakże już po około roku od początku ich stosowania wykryto kolonie oporne na te leki.
Oporność, jaką można zaobserwować u bakterii, może być pochodzenia naturalnego lub
nabyta. Mówimy o oporności naturalnej, gdy dany gatunek bakterii jest przystosowany do obrony
przed antybiotykami poprzez swoja strukturę lub fizjologię komórki. Oporność nabyta pojawia się
w przypadku kontaktu bakteria – antybiotyk (co skutkuje różnego rodzaju mutacjami w komórce
bakterii), czy też nabywaniem obcego DNA zawierającego geny oporności. Zjawiska antybiotykooporności nie da się całkowicie wyeliminować, natomiast można znacznie ograniczyć i spowolnić jego
rozpowszechnianie – wystarczy np. ograniczyć zużycie tych leków. Powszechnym problemem jest
przepisywanie przez lekarzy antybiotyków jak aspiryny, bez umiarkowania. Jednak pacjenci też nie są
bez winy – często po ustąpieniu objawów choroby przerywają kurację, a to uniemożliwia całkowite
zlikwidowanie bakterii i może spowodować wytworzenie u nich oporności na antybiotyki. Ważną
sprawą jest uświadomienie zarówno lekarzy jak i pacjentów o tym, iż antybiotyki działają tylko
i wyłącznie na bakterie, a nie na wirusy. Przeziębienia ani grypy nie wyleczymy więc tym sposobem.
Strategie obrony przed antybiotykami
Bakterie, mimo iż są niewielkie, mogą wiele zdziałać. Istnieje kilka sposobów, jakie mogą
podjąć te mikroorganizmy, by uniknąć działania antybiotyku. Jednym z nich jest wytworzenie nowego
szlaku metabolicznego, który ma być alternatywą dla szlaku zablokowanego przez lek (reakcja by –
pass). Kolejnym procesami są: aktywne wypompowywanie antybiotyku z komórek bakterii za pomocą
pomp białkowych (efluks) oraz zmiana struktury ściany komórkowej. Natomiast najczęściej zachodzi
Nauka jest dla ludzi| Klaudia Chińcza
proces enzymatycznej hydrolizy lub modyfikacji cząsteczki antybiotyku (np. antybiotyków
β-laktamowych). Jest to o tyle dla nas niekorzystne, że leki te są uważane za jedne z najbezpieczniejszych w użytku.
Mechanizmy nabywania antybiotykooporności
Mutacja powstaje tak samo jak literówki w trakcie pisania sprawozdań – przypadkowo.
Podobna sytuacja występuje w trakcie mutacji w komórce. Pojawiają się losowe zmiany w sekwencji
DNA na skutek błędu w trakcie replikacji, czy też rekombinacji mejotycznej. Mutacja może być również
konsekwencją szkodliwego działania czynników chemicznych lub fizycznych. W przypadku
studentów, przestawienie litery we wnioskach nie zmienia sensu zdania. U bakterii natomiast sytuacja
ta może skończyć się tragicznie. Zwykle po mutacji dochodzi do śmieci komórki lub spowolnienia jej
namnażania. Czasem bakteria może zdobyć inne cechy, takie jak np. oporność na antybiotyki,
co z punktu widzenia tego małego organizmu jest wielce korzystne.
Horyzontalny transfer genów zachodzi w momencie przeniesienia informacji genetycznej
z jednej bakterii na drugą (w obrębie tego samego lub różnego gatunku) poprzez koniugację,
transformację czy transdukcję. Z tych trzech procesów najgroźniejszym jest koniugacja. Dzięki dużej
wydajności i szybkości procesu znaczna liczba bakterii może w krótkim czasie zdobyć cały pakiet
genów oporności. Transformacja i transdukcja nie mają aż tak dużego znaczenia w zdobywaniu tych
genów, wymagają również specjalnych warunków do zaistnienia procesu.
Skutki dla medycyny i środowiska
Jeśli chodzi o problematykę leczenia ludzi, nietrudno jest wyobrazić sobie co może się stać,
gdy antybiotyki przestaną być skuteczne. Ale jak to odnosi się do środowiska? Otóż antybiotyki oraz
produkty ich rozkładu nie zostają w całości w organizmie. Trafiając m.in. przez ścieki do wód
powierzchniowych, zanieczyszczają je i narażają bakterie na kontakt z lekiem, co może skutkować
nabyciem przez nie oporności. Dalszym problemem są obecne systemy oczyszczania ścieków,
które nie są w stanie całkowicie zdezynfekować zanieczyszczonych wód. Około 10% nieoczyszczonych
ścieków trafia do wód powierzchniowych, a ścieków niewystarczająco oczyszczonych aż 30%.
Działanie to spowodowało już niemalże stałą obecność bakterii ściekowych we florze bakteryjnej tych
wód. Korzystanie z zanieczyszczonych ujęć wody oczywiście prowadzi do negatywnych skutków
zdrowotnych, zwłaszcza schorzeń przewodu pokarmowego. Dlatego tak ważną rzeczą jest monitoring
jakości wód powierzchniowych, między innymi poprzez oznaczanie liczby bakterii pochodzenia
ściekowego (np. E. coli) oraz bakterii antybiotykoopornych. Mimo, iż bakterie E.coli występują
naturalnie w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt, to są zaliczane do potencjalnie
chorobotwórczych. Jednak nie stanowi to aż tak dużego problemu, jak ogromny potencjał genetyczny
tych bakterii, który to poprowadził do mutacji niektórych szczepów mających zdolności chorobotwórcze. Stało się tak np. w Niemczech w 2011 r., gdy narażone na E.coli kiełki nasion kozieradki
spowodowały epidemię. Dodatkowym problemem była ich oporność na ampicylinę, amoksycylinę
z kwasem klawulanowym, cefuroksym, cefotaksym, cetfazydym, aztreonam, cefadroksyl,
streptomycynę, tetracyklinę, kwas nalidyksowy oraz kotrimoksazol, co znacznie utrudniło i wydłużyło
proces leczenia zarażonych. Niestety takie przypadki mogą zdarzać się coraz częściej, dlatego ważną
kwestią jest świadomość zagrożenia oraz racjonalne stosowanie antybiotyków.
Nowe kierunki badań
Okazuje się jednak, że jest jeszcze nadzieja. Naukowcy z Uniwersytetu w Exeter zaproponowali
w swojej najnowszej publikacji w PLOS Biology innowacyjne podejście do unieszkodliwienia problemu.
Nauka jest dla ludzi| Klaudia Chińcza
Postanowili oni przetestować metodę sekwencyjnej terapii, polegającą na naprzemiennym
traktowaniu zakażenia bakteryjnego mieszanką antybiotyków. W przypadku tego eksperymentu
użyto erytromycyny i doksycykliny. Antybiotyki te atakują bakteryjny rybosom i działają jako
inhibitory procesu translacji. Ich dodatkowym atutem jest działanie synergistyczne względem siebie.
Ale żeby nie było tak łatwo, badacze postanowili prowadzić eksperyment na bakteriach zawierających
gen kodujący pompy procesu efluks, działające na wiele znanych leków. Spowodowało to zwiększenie
oporności na oba leki. Jednak pomimo tego utrudnienia udało się zidentyfikować sekwencyjne terapie
zabijające populację bakterii. Dla porównania taką samą dozę antybiotyków przetestowano
w monoterapii i terapii skojarzonej. Nie tylko nie zaobserwowano unieszkodliwienia bakterii, ale także
często dochodziło do szybkiego wzrostu lekooporności i trwałego wzrostu bakterii.
Podsumowanie
Najlepszym podsumowaniem będzie cytat prof. Walerii Hryniewicz, przewodniczącej Narodowego
Programu Ochrony Antybiotyków: „Sukces medycyny stał się jej przekleństwem”. To, co miało ratować
ludzi, obróciło się przeciwko nim. Na szczęście żyjemy w czasach rozwoju nauki i powstają coraz to
nowsze metody walki z problemem. Pamiętajmy natomiast, aby całego balastu nie pozostawiać tylko
naukowcom. Sami możemy przyczynić się do zmniejszenia szans drobnoustrojów na nabywanie
genów oporności, np. przez racjonalną antybiotykoterapię. Wtedy na pewno nie będziemy musieli się
martwić o brak dostępnych i skutecznych antybiotyków.
Źródła:
http://gronkowiec.eu/gronkowiec-zlocisty-mrsa-opornosc-na-antybiotyki-bakteriegronkowca.html
http://www.antybiotyki.edu.pl/pdf/FAQs-antybiotyki09_11_09.pdf
Zhang R., Eggleston K., Rotimi V., Zeckhauser R.J., Antibiotic resistance as a globar threat: Evidence
from China, Kuwait and the United States. Globalization and Heath. 2006.
Rzepkowska A., Zielińska D., Kołożyn-Kajewska D., Antybiotykoopornośc bakterii z rodzaju
Lactobacillus pochodzących z żywności, jako kryterium stawiane probiotykom, Zeszyty Problemowe
Postępów Nauk Rolniczych, nr 578, 2012
Diane P. Genereux, Carl T. Bergstrom, Evolution in Action: Understanding Antibiotic Resistance.
Turner P., McLennan A., Bates A., White M., Biologia molekularna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa
2012.
Ziemnowicz A., Transfer genów między bakteriami a komórkami eukariotycznymi, KOSMOS
Problemu nauk Biologicznych, Tom 51, 2002
Baj J., Markiewicz Z., Biologia molekularna bakterii, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2006.
Buczek K., Marć M., Antybiotykooporność bakterii – przyczyny i skutki, Wydawnictwo UP, Lublin
2009
Bartoszewicz M., Michalska M., Cieszyńska M., Antybiotykooporność bakterii heterotroficznych jako
skutek zanieczyszczenia środowiska, Medycyna Środowiskowa - Environmental Medicine 2014, Vol.
17, No. 4, 38-46
Szych J., Co wiemy dziś o epidemii E. coli O104:H4 w Niemczech, Twoje zdrowie,5.2011
Richardson L., Alternating Antibiotics Render Resistant Bacteria Beatable, PLoS Biol 13(4):
e1002105. doi:10.1371/journal.pbio.1002105