Dlaczego infekcje bakteryjne nie dają się zwalczać przez antybiotyki?

Niektóre szczepy bakterii, takie jak MRSA (oporny na metycylinę Staphylococcus aureus), oporność na antybiotyki mają już wbudowaną w genach. Ale inne zakażenia wydają się uzyskiwać zdolność odpierania ataku leków, które teoretycznie powinny je zniszczyć, bez rozwijania genetycznej oporności na antybiotyki. Naukowcy dotychczas twierdzili, że nawet jeśli większość bakterii ginie w wyniku zastosowania leku, to niewielka ich grupa „wyłącza się” wchodząc w stan hibernacji, tym samym pozwalając na utrzymanie się zakażenia.

Nowe badanie pokazuje coś zupełnie innego: niektóre z ocalałych bakterii rozwijają się i rozmnażają podczas stosowania antybiotyku. Badania zostały opublikowane w magazynie Science.

"Myśleliśmy, że bakterie, które przeżyły mimo ataku antybiotyku, nie rozmnażają się", tłumaczy Neeraj Dhar z Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie i współautor badania.

Naukowcy przebadali Mycobacterium smegmatis, gatunek ściśle związany z bakterią, która powoduje gruźlicę (Mycobacterium tuberculosis) i często oporna jest na antybiotykoterapię, pozostając tym samym głównym zagrożeniem zdrowia w wielu krajach.

Analiza kultur tych bakterii ujawniła, że ich populacja nie rosła, a więc naukowcy wywnioskowali, że kolonia bakterii została zredukowana do nieproliferujących „ocalonych komórek”, które mogłyby w lepszym stopniu odeprzeć atak antybiotyków.

Lecz za pomocą poklatkowej analizy zdjęć kultur bakterii, wykonanych za pomocą mikroskopu, naukowcy zmienili swą dotychczasową teorię.

"Dzięki mikrofluidom obecnie możemy poddać obserwacji każdą bakterię”, twierdzi John McKinney ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii.

McKinney wraz z zespołem naukowców zauważyli, że nawet po zastosowaniu antybiotyku i śmierci większości komórek bakteryjnych, duży odsetek tych, które przetrwały (129 ze 153 obserwowanych), dzielił się co najmniej raz podczas antybiotykoterapii. Ten cykl wzrostu, podziału i śmierci bakterii, utrzymał się przez co najmniej 10 dni ekspozycji na antybiotyk.

Antybiotyk - izoniazyd (znany jako Laniazid i Nydrazid) - jest powszechnym lekiem stosowanym w leczeniu gruźlicy. Ten antybiotyk staje się aktywnym niszczycielem bakterii, gdy styka się z enzymem KatG produkowanym przez bakterie.

Naukowcy odkryli również, że ten enzym jednak nie był produkowany bez przerwy. Poszczególne komórki generowały go przypadkowo. Tak więc komórki, w których nastąpiła przerwa w produkcji KatG w odpowiednim czasie, często były w stanie uniknąć aktywacji antybiotyku - i tym samym uratowały się od pewnego zniszczenia.

Komórki gruźlicy, które powinny być w zasadzie identyczne genetycznie, wykazały różne skłonności do przetrwania, wskazując na rolę epigenetycznych różnic (takich jak ekspresja genów) w odniesieniu do przeżycia komórek.

Ponieważ przeżycie komórek nie wydaje się być związane w tym przypadku ze stałymi genetycznymi zmianami, wydaje się że kolonie bakterii powinny być podatne na działanie antybiotyku, co jest dość dobrą wiadomością.

„Jednakże, biorąc pod uwagę niski poziom stałego rozwoju i zmian podczas ekspozycji na antybiotyki, bakterie mogą mutować, a tym samym rozwijać opór w obecności antybiotyku", powiedział Dhar.

Odkrycie to teraz maluje jaśniejszy obraz tego, jak odporność na antybiotyki może rozwijać się podczas uporczywych zakażeń bakteryjnych.

"Przy tak dużej ilości pojedynczych bakterii zdolnych do rozmnażania, niektóre z nich mogą dostosowywać się do czynników stresogennych, których wcześniej nie spotkały, dzięki selekcji najbardziej wytrwałych osobników", mówi McKinney.

Te wyniki mogą pomóc w tworzeniu skuteczniejszych antybiotyków również na inne choroby, jednak naukowcy dodają, że zachowania różnych szczepów bakteryjnych mogą się znacznie od siebie różnić.

"Niemniej jednak, dzięki tym pracom możemy się dowiedzieć, dlaczego niektóre infekcje są tak trudne do wyeliminowania" – wnioskuje naukowiec.