Bakterie jednoczą się, aby zwiększyć odporność na antybiotyki

Odporność niektórych bakterii na antybiotyki nie jest nowością, ale naukowcy właśnie odkryli, że bakterie odporne mogą, w geście iście altruistycznym, pomóc przeżyć swoim wrażliwym towarzyszom. Odporność bakterii na antybiotyki jest ogromnym problemem zdrowia publicznego. Istnienie tego problemu jeszcze bardziej podkreśliło odkrycie superbakterii nazwanych NDM-1, która ma pochodzenie azjatyckie i która, ze względu na swoje właściwości, została określona jako „superodporna”.

Pojawiło się więc bardzo realne ryzyko, że niektórych zakaźnych patologii nie będzie już można skutecznie leczyć, co może prowadzić do ogromnej liczby zgonów z tego powodu. Mechanizm odporności sam w sobie nie wydaje się być zbyt złożony. Mutacje w genomie bakterii mogą się pojawiać spontanicznie, niektóre po cichu, inne w stanie utajenia dla samego mikroorganizmu, lub, i tu jest właśnie pies pogrzebany – przynosić im korzyści. Może tutaj chodzić o mutację genu, która w ten sposób zapewnia środki umożliwiające przeżycie „ataku” antybiotyku.

Tak więc, jeśli na łonie jakiejś populacji bakteryjnej, jedna jedyna bakteria nabywa odporności, to właśnie ta bakteria powinna się namnażać na niekorzyść swoich towarzyszek, które zostają zabite przez antybiotyk, ponieważ są pozbawione zbawczego genu. Nowe badania, opublikowane w dzienniku Nature pokazują jednakże istnienie innego mechanizmu. Zespół naukowców z instytutu medycyny Howard Hughes Medical Institute oraz z Uniwersytetu w Bostonie, rozszyfrowali mechanizm odporności na antybiotyki u bakterii Escherichia coli. Escherichia coli jest bakterią wewnętrzną, wchodzącą w skład flory jelitowej, czasami odpowiedzialną za występowanie niektórych patologii.

Bakterie zostały umieszczone w bioreaktorze. W bioreaktorze tym znajdowało się także niezabójcze stężenie norfloksacyny (antybiotyku), które miało sprowokować pojawienie się odporności. Następnie naukowcy regularnie pobierali próbki tych bakterii, aby mierzyć minimalne stężenie hamujące (MIC, ang. Minimal Inhibitory Concentration), to znaczy minimalne stężenie antybiotyku, które pozwala całkowicie zahamować wzrost bakterii. Co ciekawe, wiele pobranych próbek miało minimalne stężenie hamujące większe niż minimalne stężenie hamujące charakterystyczne dla populacji globalnej. Co oznacza, że większość bakterii była mniej odporna niż przeciętnie.

Jednakże, niektóre próbki, których było co prawda naprawdę bardzo niewiele, posiadały minimalne stężenie hamujące znacznie wyższe niż przeciętnie. Dlatego, wśród populacji bakteryjnej około 1% bakterii sprawia, że ich odporność rośnie. Analizując proteiny wydzielane przez niektóre odporne bakterie, uczeni odkryli, że poziom wydzielania tryptofanazy (rodzaj enzymu) jest szczególnie wysoki. Enzym ten dzieli tryptofan (aminokwas kodowany, Trp), na mniejsze kawałki, z których jeden, tak zwany indol, jest wydzielany w przypadku zagrożenia bakterii.

Indol pełni podwójną funkcję w odporności bakteryjnej. Pierwszą funkcją indolu jest aktywacja całego mechanizmu swojego rodzaju pompy komórkowej, za pomocą której z organizmu bakterii jest usuwana substancja antybiotykowa. Druga funkcja indolu polega na aktywowaniu drogi metabolicznej, która nie pozwala na zachodzenie syntezy wolnych rodników. Syntezie wolnych rodników może sprzyjać właśnie antybiotyk.

Fakt jeszcze bardziej zadziwiający: bakterie o bardzo wysokiej odporności syntetyzują indol  w bardzo ogromnych ilościach, aby zaspokoić potrzeby bakterii wrażliwych. Ale ta produkcja pociąga za sobą koszty, które zwalniają wzrost własny superbakterii. Ten akt, który moglibyśmy kwalifikować jako akt altruizmu, jeśli by chodziło o człowieka, jest całkowicie sprzeczny z logiką darwinowską.

W rzeczywistości, teoria ewolucji zakłada, że organizmy najlepiej przystosowane opierają się, a wszystkie inne umierają. Jednakże teoria selekcji na zasadzie doboru krewniaczego, sformułowana przez W.D. Hamiltona w 1964 roku wyjaśnia, że selekcja naturalna popycha organizmy genetycznie blisko ze sobą spokrewnione do poświecania się, w celu zapewnienia globalnego przeżycia gatunku.

Ta droga odporności, zapewniona przez indol, który jest molekułą szeroko rozpowszechnioną u bakterii, jest tym samym potencjalnie stosowana przez inne gatunki bakterii patogennych.

W ten więc sposób przed naukowcami stoi teraz zupełnie nowy cel: stworzyć całkowicie nowe antybiotyki, które zresztą są coraz bardziej oczekiwane przez lekarzy. Przypomnijmy raz jeszcze, nadmierne i niekontrolowane zażywanie antybiotyków leży u źródła zjawiska odporności bakteryjnej. Ponad to, antybiotyki nie działają automatycznie.