Mikrob z archaicznej groty oporny na antybiotyki

kolonie gronkowca zlocistego

Coraz więcej i coraz częściej słyszymy o zagrożeniu jakie niesie ze sobą paskudztwo w krajach anglosaskich nazywane MRSA – od angielskiego Methicillin-resistant Staphylococcus aureus – czyli oporny na metycylinę gronkowiec złocisty. Bakteria ta jest jednym z najpoważniejszych problemów, przed jakimi stoją szpitale w krajach rozwiniętych. Jest ona bowiem największym źródłem zakażeń wewnątrzszpitalnych – dlatego, że nie działają na nią antybiotyki beta-laktamowe, najpowszechniej stosowana dzisiaj grupa antybiotyków.

Jak więc możecie sobie wyobrazić, większości pracowników szpitali na hasło MRSA krew się ścina w żyłach. Nie tylko dlatego, że gdy się pojawi, to strasznie trudną tę bakterię zwalczyć, ale także ze względu na powszechne u bakterii zjawisko poziomego transferu genów, czyli wymiany materiału genetycznego nie na linii mama bakteria – dziecię bakteria, ale na liniach bardziej kazirodczych, żeby nie powiedzieć, że czasem nawet międzygatunkowych (fuj, świńskie mikroby)! Dzięki takiej wymianie genów także inne, do tej pory pokonywane przez antybiotyki bakterie mogłyby nabrać oporności.

kolonie gronkowca zlocistego
Szalka Petriego z koloniami gronkowca złocistego. /źródło: flickr; Esther Simpson (CC BY-SA 2.0)

Zjawisko oporności na antybiotyki jest z tych oczywistych przyczyn bardzo intensywnie badane: próbujemy zrozumieć, jak różne czynniki środowiskowe i inne wpływają na nabywanie tych cech przez mikroby. Jeden czynnik jest jednak bardzo trudny do uwzględnienia: to jest wpływ człowieka i powszechnego stosowania przez nas antybiotyków na wszystko (pal licho u ludzi – przeciętna krowa w paszy dostaje pewnie więcej penicyliny miesięcznie, niż większość z nas przez całe życie).

ResearchBlogging.orgTeraz jednak najnowsze odkrycie z zaginionych jaskiń Nowego Meksyku daje nam możliwość wglądu w antybiotykooporność, na którą wpływu żadnego nie miał człowiek. A opisali je badacze z Kanady i – jak zwykle – Stanów Zjednoczonych bardzo niedawno w magazynie PLoS ONE.

No, może nie do końca zaginionych. System jaskiń Lechuguilla, a właściwie niektóre jego obszary były bowiem nie tyle zaginione, co odcięte od świata. I to przez niebagatelny okres blisko 4 milionów lat. Odcięcie jednak od świata nie oznacza, że ekosystem tych jaskiń nie mógł się rozwijać. A i miejsca miał na to sporo: jaskinie Lechuguilla ciągną się na 200 km i dochodzą do głębokości ponad pół kilometra.

Jak się można jednak domyśleć, system nie jest już dłużej izolowany – a badacze wykorzystać mogą jego dotychczasowy charakter do testowania różnych ciekawych hipotez, które ciężko sprawdzić w innych warunkach. Autorzy pracy z PLoS postanowili zbadać mikrobiom tych jaskiń (mikrobiom to pojęcie, z którym większość Czytaczy i Czytaczek powinna już być zaznajomiona, po moich niedawnych wynurzeniach o ludzkim mikrobiomie). A ściślej rzecz biorąc – tu na scenę wkracza kolejny „-om” – zbadali oni rezystom, czyli zbiór genów występujących w bakteriach jaskiń Lechuguilla, odpowiadających za ich oporność na antybiotyki.

93 szczepy bakteryjne (1/3 Gram-dodadtnia, 2/3 Gram-ujemne) znalezione w jaskiniach przetestowano pod kątem oporności na całą gamę (26) antybiotyków należących pod względem budowy do różnych grup. Sprawdzono m.in. oporność na daptomycynę – antybiotyk ostatniej szansy stosowany w leczeniu zakażeń bakteriami Gram-dodatnimi opornymi na inne antybiotyki. Okazało się, że niektóre z odkrytych bakterii były oporne nawet na 14 z zastosowanych komercyjnych leków (chociaż większość bakterii Gram-ujemnych była oporna na 3-4).

Naukowcy przyjrzeli się też enzymatycznym mechanizmom rozbrajania antybiotyków przez bakterie Gram-dodatnie. Bakterie mogą pozbywać się antybiotyków po prostu przez kontrolę ich wnikania i wydzielania z komórek. Mechanizm enzymatyczny jest jednak znacznie bardziej skuteczny, a także bardziej specyficzny (czy to akurat jest jego cechą pozytywną czy nie, to już zależy od sytuacji).

Badacze odkryli, że spośród badanych szczepów cztery posiadały wykształcony mechanizm enzymatyczny polegający – w telegraficznym skrócie – na tym, że do cząsteczki antybiotyku enzym przyłączał grupę fosforanową, a tak zmodyfikowany lek nie był już w stanie spełniać swojej funkcji bakteriobójczej.

wynik ms dla antybiotyku
Wynik z eksperymentu LC-MS pokazujący, jak zanika niefosforylowana forma antybiotyku (pik w okolicach 4 minuty, mniejszy po lewej), a zwiększa się ilość jego formy zmodyfikowanej (kolejny pik po prawej). /źródło: Bhullar et al., PLoS ONE 7(4): e34953 (CC BY-SA 2.0)

Podsumowując, ważne wnioski i obserwacje z tej pracy są następujące:

  • antybiotykooporność jest równie powszechna w środowisku nieskażonym antropogennymi lekami, co w naszym normalnym otoczeniu;
  • antybiotykooporność jest prawdopodobnie bardzo potężną bronią w wyścigu ewolucyjnym pomiędzy bakteriami – bo w końcu one też walczą między sobą o dostępne zasoby; a tym bardziej powinno być to wyraźne właśnie w takim otoczeniu jak jaskinie Lechuguilla, gdzie te zasoby są mocno ograniczone;
  • oprócz wspomnianej fosforylacji antybiotyków, odkryto też inne mechanizmy oporności dotyczące m.in. właśnie wspomnianej daptomycyny, która jest przez mikroby na nią oporne poddawana hydrolizie;
  • uwzględniając niewielki rozmiar badanej próbki (93 szczepy to niewiele, gdy weźmie się pod uwagę olbrzymią różnorodność bakterii) sam fakt odkrycia kilku do tej pory nieznanych mechanizmów antybiotykooporności świadczy o tym, jak wielka jest genetyczna różnorodność organizmów z systemu Lechuguilla;
  • różnorodność badanego rezystomu jest dobrym wyznacznikiem tego, jak wiele różnych substancji może mieć działanie bakteriobójcze.

I zwłaszcza ten ostatni punkt to wniosek, który powinniśmy najlepiej zapamiętać. I zamiast ubolewać nad tym, że coraz mniej wymyślanych jest nowych leków mogących zwalczać coraz powszechniejsze antybiotykooporne bakterie, być może powinniśmy się zastanowić, co jest nie tak z naszą metodą szukania nowych antybiotyków i jak możemy ją zmienić, aby odkryć te prawdopodobnie nieprzebrane pola związków, które będą antybiotykami przyszłości.

Bhullar, K., Waglechner, N., Pawlowski, A., Koteva, K., Banks, E., Johnston, M., Barton, H., & Wright, G. (2012). Antibiotic Resistance Is Prevalent in an Isolated Cave Microbiome PLoS ONE, 7 (4) DOI: 10.1371/journal.pone.0034953

6 Comments

  1. Już się przeraziłem, że to faktycznie jaskinia z archaiku.. To by dopiero było odkrycie!
    Znalazłem jeszcze informację, że wody krasowe, które żłobią cały system jaskiniowy Carlsbad mają ok. 10 tys lat, więc być może same bakterie też nie są starsze. Co oczywiście nie zmienia faktu, że są starsze od medycyny. Chyba, że weźmiemiy medycynę kultury Clovis… a to teraz przyszło mi do głowy. Może w paleolicie już stosowano antybiotyki i stąd ta lekooporność. Przedostały się z wodą krasową do systemu jaskiniowego.. W razie gdybyś pisał Reply, to wspomnij, że ja na to wpadłem :)

    Lubię

    1. Co do antybiotyków w systemach izolowanych, to już Zaciekawiony wspomniał powyżej, że w końcu bakterie walczą nimi także między sobą – wynika to z resztą z definicji antybiotyku (wszystko, co truje mikroby, można w zasadzie tak sklasyfikować). Zresztą nie tylko bakterie – nie muszę chyba przypominać, jak odkryta została penicylina.

      Słowa „archaiczny” używałem tutaj tylko w potocznym sensie. Jak też i często mi się zdarza z innymi słowami w innych dziedzinach, chociaż zdaję sobie sprawę, że zawsze się znajdzie jakiś fachowiec, którego to może zaskoczyć przez wzgląd na zboczenie zawodowe ;)

      Lubię

      1. Z tą kultura Clovis to była aluzja do potocznej opinii o pojawieniu się lekooporności na skutek nadużywania przez ludzi antybiotyków. Ja sobie zdaję sprawę, że to odkrycie zmienia nasze postrzeganie reakcji bakterii na antybiotyk, w tym pół-syntetyczne, co ciekawe.
        Jeszcze gdzieś tam przewinęła się laseczka wąglika..

        Lubię

  2. W drugim akapicie powinno być ścina, poza tym jeszcze parę literówek znalazłem. Nie wiem, chcesz żebym je wypisał?
    Nonetheless ciekawy wpis, keep up the good work =].

    Lubię

    1. Nie trzeba, sam za moment przejrzę. To mi się zdarza czasem, jak spędziwszy za dużo czasu nad klawiaturą nie mam cierpliwości, żeby zrobić ostatni przegląd przed publikacją ;)

      Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s