Skip to main content

Evolution of Prophages that carry Antibiotic Resistance Genes (ARGs) and their host-bacteria in response to antibiotics and increased lytic activity

Article Category

Article available in the folowing languages:

Profagi – nowe nośniki genów antybiotykooporności

Wirusy mogą przenosić geny antybiotykooporności (ang. antibiotic resistance genes, ARG) wśród bakterii. Zrozumienie mechanizmów ewolucyjnych i wpływu tego procesu może pomóc w opracowywaniu nowych metod walki z antybiotykoopornością.

Zdrowie

Bakteriofagi to wirusy, które zakażają bakterie oraz mogą się namnażać w cyklu litycznym lub lizogenicznym. W cyklu litycznym fagi mnożą się i uwalniają nowe wiriony, niszcząc komórki gospodarza. Z kolei w cyklu lizogenicznym materiał genetyczny fagów wnika do chromosomu bakterii, tworząc profagi. Mechanizm ten umożliwia przekazywanie nowych genów bakteriom, na przykład ARG, wspomagając adaptację komórki do nowych warunków środowiskowych. Dostępna wiedza na temat ewolucji profagów posiadających gen ARG wciąż jest jednak ograniczona.

Ocena przystosowania bakterii i pozytywny wpływ profagów na komórki gospodarza

Celem zespołu projektu ProphARG było ustalenie, jak profagi poprawiają przystosowanie bakterii. Realizowane przy wsparciu z programu „Maria Skłodowska-Curie” badania skupiały się na ewolucji profagów noszących gen ARG i ich wpływie na gospodarza, bakterię Escherichia coli. „Chcieliśmy ustalić, jak profagi oddziałują na swoich gospodarzy pod względem antybiotykooporności oraz wywoływania chorób zakaźnych u ludzi i zwierząt”, wyjaśnia Carolin Charlotte Wendling, stypendystka programu. Aby określić względne przystosowanie bakterii, naukowcy przeprowadzili badania porównawcze wśród bakterii zawierających profag i tych, które go nie miały. W tym celu wykorzystali sztuczne profagi zamiast naturalnie występujących, w których nieistotny region genomiczny został zastąpiony genem ARG, co pozwoliło im wyciągnąć ogólne wnioski dotyczące wielu różnych genów oporności i typów bakteriofagów. Badania przeprowadzono w kilku środowiskach, dzięki czemu naukowcy mogli rozpoznać różnice w działaniu zwykłych profagów i tych wyposażonych w gen ARG. Wyniki wykazały, że warunki środowiskowe decydowały o pozytywnym lub negatywnym wpływie profagów na przystosowanie gospodarzy. W środowisku pozbawionym antybiotyków i innych warunków stresowych wpływ genów ARG i profagów na gospodarza był niewielki. W warunkach sprzyjających cyklowi litycznemu, takich jak ekspozycja na promieniowanie UV lub inne czynniki uszkadzające DNA, kondycja bakterii z profagami była lepsza niż tych, które ich nie miały. Było to spowodowane tym, że profagi przestawiały się z powrotem na cykl lityczny i eliminowały bakterie pozbawione fagów. Z kolei w obecności antybiotyków odnotowano większą przeżywalność bakterii z profagami z genem ARG, ponieważ były one oporne na działanie antybiotyków. „Geny ARG miały pozytywny wpływ przy większych stężeniach antybiotyków”, podkreśla Wendling.

Znaczenie kliniczne projektu ProphARG

Wielolekooporne bakterie stanowią istotne zagrożenie kliniczne, osłabiając skuteczność istniejących antybiotyków i narażając na ryzyko tysiące osób poddawanych rutynowym zabiegom. Naukowcy już dawno ustalili, że bakteriofagi chronią gospodarza, zapewniając mu odporność na zakażenia fagami i antybiotykooporność za sprawą genów ARG. Co więcej, profagi, które stanowią do 20 % genomów bakterii, zwiększają różnorodność genomową wśród izolatów bakteryjnych. Ustalenia naukowców z projektu ProphARG podkreślają rolę profagów jako czynników wywołujących przenoszenie genów ARG – do tej pory badania koncentrowały się głównie na plazmidach. Subinhibicyjne stężenia antybiotyków sprzyjają poziomemu transferowi zakodowanych przez fagi genów ARG i przyczyniają się do szerzenia antybiotykooporności, dlatego strategie leczenia antybiotykami muszą być odpowiednio dobrane, aby uniemożliwić aktywowanie profagów i przenoszenie genu ARG wśród bakterii. Poznanie czynników decydujących o przystosowaniu bakterii może pomóc w prognozowaniu rozprzestrzenienia się genów ARG ze środowisk naturalnych lub rolniczych do mikroflory człowieka lub patogenów. W przyszłości Wendling zamierza „poszerzyć wiedzę zgromadzoną w ramach projektu ProphARG poprzez badania dotyczące wpływu profagów na rozprzestrzenianie się wielolekoopornych plazmidów w środowiskach bakteryjnych”.

Słowa kluczowe

ProphARG, profag, ARG, antybiotykooporność, przystosowanie bakterii, gen oporności

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania