Hvordan bakterier fungerer som en for å unnslippe antibiotika
Ny forskning zoomer inn på Pseudomonas aeruginosa å avdekke en strategi som legemiddelresistente bakterier bruker for å unngå antibiotika. Resultatene kan bidra til å gjøre antibiotika mer effektive.
Jean-Louis Bru, fra institutt for molekylærbiologi og biokjemi ved University of California, Irvine, er den første forfatteren av den nye studien, som vises i Tidsskrift for bakteriologi.
Bru og kolleger fokuserte forskningsarbeidet på Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), en type bakterier som først og fremst angriper mennesker med cystisk fibrose.
Cystisk fibrose er en arvelig respiratorisk tilstand der lungene produserer mer slim enn de burde. Det berører rundt 30 000 mennesker i USA.
P. aeruginosa er også til stede i helsetjenester, og bakterien kan spre seg gjennom forurenset vann, jord, hender, utstyr og andre overflater. Bakterien kan føre til postoperative infeksjoner i blodet eller andre deler av kroppen, samt forårsake lungebetennelse.
P. aeruginosa er en av de farligste bakterietypene.
I sammenheng med folkehelsekrisen som er antibiotikaresistens, plasserte Verdens helseorganisasjon (WHO) P. aeruginosa på listen over "prioriterte patogener" - det vil si de 12 bakteriene som er mest farlige for menneskers helse fordi de har blitt resistente mot medisinene som legene ofte brukte for å bekjempe dem.
WHO delte disse 12 bakteriene i "kritisk", "høy" og "middels" prioritet P. aeruginosa som kritisk på grunn av sin motstand mot gruppen antibiotika som kalles karbapenemer.
For bare 2 uker siden anså Centers for Disease Control and Prevention (CDC) også P. aeruginosa en "alvorlig trussel", og plasserer den på listen over patogener med høy prioritet.
I dette bredere bildet er forskning som studien som Bru og kollegaer har utført avgjørende for både å forstå bakteriens forsvarsmekanismer og takle infeksjoner mer effektivt.
Bakterier fungerer som 'en samlet organisme'
I den nye studien undersøkte forskerne vekst og spredning av bakterier i petriskåler, og gjenskape et miljø som ligner på slimhinnene som muliggjør P. aeruginosa å trives i cystisk fibrose.
Her testet teamet effekten av antibiotika og bakteriofager på "sverming", som er evnen bakterier har til å bevege seg kollektivt. Bakteriofager er virus som infiserer og angriper bakterier innenfra.
Blanding av antibiotika gentamicin med P. aeruginosa svermer avslørte at bakteriene sender signaler til sine spesifikke bakterier, advarte dem om faren og gjorde det mulig for dem å unngå den.
De Pseudomonas bakterier gjør dette ved å skille ut Pseudomonas kinolonsignalering (PQS) molekyl, skriver forfatterne. De forklarer: "Disse mekanismene har den generelle effekten av å begrense infeksjonen til en delpopulasjon, noe som fremmer overlevelsen til den totale befolkningen."
Studie-medforfatter Nina Molin Høyland-Kroghsbo, assisterende professor ved institutt for veterinær- og dyrevitenskap ved Københavns universitet i Danmark, kommenterer eksperimentene og deres funn.
“Vi kan se på laboratoriet at bakteriene rett og slett svømmer rundt det” farlige området ”med antibiotika eller bakteriofager. Når de mottar advarselssignalet fra deres spesifikasjoner, kan du se i mikroskopet at de beveger seg i en pen sirkel rundt, ”sier forskeren og viser til svermerbevegelsen.
"Det er en smart overlevelsesmekanisme for bakteriene," fortsetter hun. "Hvis det viser seg at bakteriene bruker samme unnvikende manøver når de smitter mennesker, kan det hjelpe å forklare hvorfor noen bakterieinfeksjoner ikke kan behandles effektivt med antibiotika."
“Det er ganske fascinerende for oss å se hvordan bakteriene kommuniserer og endrer atferd for at hele bakteriepopulasjonen skal overleve. Du kan nesten si at de fungerer som en samlet organisme. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
Bane vei for mer effektive antibiotika
I en koblet lederartikkel kommenterer Julia C. van Kessel betydningen av funnene og sier det P. aeruginosa‘Evne til å påvirke en gruppeadferd, for eksempel å sverme som respons på stress, er et“ unikt ”funn. Dette førte til at studieforfatterne mønter begrepet "kollektiv stressrespons", skriver van Kessel.
Studieforfatterne kommenterer også måter som deres funn til slutt kan bidra til å takle antibiotikaresistenskrisen.
Selv om det er mye mer arbeid å gjøre før funnene fører til utvikling av nyttige behandlinger, vil neste forskningstrinn være å finne måter å forstyrre bakterienes PQS-signalering.
Funnene "[rydder] veien for bruk av narkotika i et forsøk på å forhindre at advarselssignalet sendes ut i utgangspunktet," sier Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
"Alternativt kan du designe stoffer som kan blokkere signalet fra å mottas av de andre bakteriene, og dette kan potensielt gjøre behandling med antibiotika eller bakteriofagvirus mer effektiv," legger forskeren til.
“Infeksjoner med denne typen bakterier er et stort problem over hele verden, med mange sykehusinnleggelser og dødsfall. Derfor er vi veldig glade for å kunne bidra med ny kunnskap som potensielt kan brukes til å bekjempe disse bakteriene. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
