Jak rozwija się antybiotykooporność
Bakterie mogą zdobywać i przekazywać sobie oporność na antybiotyki dzięki małym, kolistym cząsteczkom DNA zwanym plazmidami. Te niezależnie replikujące się jednostki genetyczne, nie należące do genomu bakterii, często niosą geny oporności na antybiotyki, które mogą być przekazywane pomiędzy bakteriami. W ramach projektu finansowanego ze środków UE "Evolution of plasmid-mediated resistance in Pseudomonas aeruginosa" (PLASREVO) próbowano znaleźć odpowiedź na pytanie o mechanizmy sterujące rozwijaniem się i zachowaniem antybiotykooporności, w której pośredniczą plazmidy. Chociaż plazmidy niosące gen oporności na antybiotyki przysługują się bakteriom wystawionym na działanie antybiotyku, to same bakterie płacą cenę metaboliczną za bycie gospodarzem dla tych genetycznych pasożytów. Aby lepiej zrozumieć, dlaczego bakterie utrzymują plazmidy nawet przy braku ekspozycji na antybiotyk, w projekcie PLASREVO badano pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) — bakterię odpowiedzialną za zakażenia szpitalne. Wykorzystując metody doświadczalne i obliczeniowe, naukowcy wykazali, że interakcje pomiędzy wieloma plazmidami równocześnie zakażającymi te same komórki bakteryjne wspomagają przeżycie plazmidu. To sugeruje, że plazmidy koewoluują w populacjach środowiskowych i klinicznych bakterii, pomagając sobie nawzajem w przeżyciu długo po zaprzestaniu antybiotykoterapii. Do niedawna naukowcy sądzili, że przeżycie plazmidu zależy od jego przenoszenia między bakteriami. Dzisiaj wiadomo, że niemal połowa plazmidów nie jest przenoszona. Ponieważ plazmidy mogą zostać utracone za każdym razem, kiedy komórka bakterii dzieli się, w ramach projektu PLASREVO naukowcy opracowali wysoce niestabilny plazmid, aby ostatecznie wykazać jego stopniową stabilizację w populacji. Stwierdzili, że populacje bakterii szybko pokonały niekorzystne aspekty bycia gospodarzem dla plazmidów poprzez włączenie mutacji kompensacyjnych, które pozwoliły bakterii zaadaptować się do obecności plazmidu. Ekspozycja na antybiotyk jeszcze bardziej wzmocniła stabilność plazmidu na drodze selekcji pozytywnej, ponieważ geny oporności na antybiotyk przynosiły korzyści bakteriom niosącym plazmid. Powstała więc pętla zwrotna, w której korzyści zapewniane przez plazmid wzmacniały naturalną selekcję bakterii zawierającej mutacje kompensacyjne i vice versa. Działo się tak, ponieważ selekcja pozytywna, sprzyjająca plazmidom niosącym gen oporności na antybiotyk zwiększyła wielkość populacji plazmidu, podczas gdy mutacje kompensacyjne w genomie bakterii zwiększyły stabilność plazmidu. Zrozumienie podstaw ewolucyjnych utrzymania się antybiotykooporności za pośrednictwem plazmidu pomoże w opracowaniu nowych strategii walki z tym poważnym zagrożeniem dla zdrowia.
Słowa kluczowe
Antybiotykooporność, plazmidy, bakterie, Pseudomonas aeruginosa, mutacje kompensacyjne
