Antybiotyk przyczynia się do wzmocnienia chorobotwórczych bakterii
Nowe badanie przeprowadzone przez Rutgers Health pokazuje, że cyprofloksacyna - podstawowy lek stosowany w leczeniu zakażeń dróg moczowych - wpędza Escherichia coli (E. coli) w kryzys energetyczny, który ratuje wiele komórek przed śmiercią i przyspiesza rozwój pełnej oporności na lek.
- Antybiotyki mogą zmieniać metabolizm bakterii - mówi Barry Li z Rutgers New Jersey Medical School. - Chcieliśmy sprawdzić, jak te zmiany wpływają na szanse bakterii na przetrwanie - dodaje.
Jak ustalono, zarowno lek, jak i genetyczne modyfikacje obniżały poziom ATP (trifosforan adenozyny - molekularne paliwo napędzające komórki), ale zamiast spowolnić metabolizm, bakterie przyspieszyły go. Wzrosło tempo oddychania, a komórki zaczęły wydzielać więcej reaktywnych form tlenu, które mogą uszkadzać DNA. Ta "gorączkowa aktywność" przyniosła dwa niepokojące skutki.
Po pierwsze, więcej bakterii przetrwało. W testach czasu śmierci dziesięć razy więcej zestresowanych komórek przetrwało śmiertelną dawkę ciprofloksacyny niż komórki niezestresowane. Te odporne "niedobitki", zwane komórkami przetrwalnikowymi (persister cells), pozostają w uśpieniu do momentu ustąpienia działania leku, po czym mogą wywołać nową infekcję.
Od dawna obwiniano wolny metabolizm za tworzenie się komórek przetrwalnikowych. - Spodziewano się, że wolniejszy metabolizm oznacza mniejsze niszczenie - mówi Li. - Zobaczyliśmy coś odwrotnego. Komórki przyspieszają metabolizm, aby uzupełnić zapasy energii, co aktywuje odpowiedzi stresowe, które spowalniają proces zabijania - dodaje.
Dalsze eksperymenty powiązały ochronę z tzw. "odpowiedzią oszczędnościową" (stringent response) - bakteryjnym systemem alarmowym, który przeprogramowuje komórkę pod wpływem stresu.
Po drugie, zestresowane komórki szybciej mutowały i rozwijały oporność na antybiotyki. Podczas gdy komórki przetrwalnikowe podtrzymują przewlekłe infekcje, oporność genetyczna może całkowicie powstrzymać działanie leku. Gdy poddawano E. coli działaniu coraz wyższych dawek ciprofloksacyny, odkryto, że zestresowane komórki osiągały próg oporności cztery cykle wcześniej niż komórki niezestresowane. Sekwencjonowanie DNA i testy mutacji wykazały, że przyczyną były uszkodzenia oksydacyjne i naprawa DNA obarczona błędami.
- Zmiany metaboliczne sprawiają, że antybiotyki działają gorzej i pomagają bakteriom ewoluować w kierunku oporności - Jason Yang, współautor badań.
Wstępne pomiary wykazują, że także gentamycyna i ampicylina - oprócz ciprofloksacyny - obniżają poziom ATP. Efekt stresu może dotyczyć także innych, bardzo różnych patogenów - w tym Mycobacterium tuberculosis (prątki gruźlicy), które jest wyjątkowo wrażliwe na "wstrząsy ATP".
Jeśli tak, odkrycie rzuca nowe światło na globalne zagrożenie. Oporność na antybiotyki już teraz przyczynia się do 1,27 miliona zgonów rocznie. Strategie leczenia, które ignorują metaboliczne skutki uboczne terapii, mogą pomijać istotny czynnik.
Według uczonych należy badać potencjalne antybiotyki pod kątem niezamierzonych skutków ubocznych w postaci drenażu energii. Istniejące leki warto łączyć z tzw. "wzmacniaczami przeciw ewolucji", które blokują ścieżki stresowe lub neutralizują nadmiar reaktywnych form tlenu. Nie warto zwalczać infekcji najwyższymi możliwymi dawkami - wcześniejsze badania i nowe dane sugerują, że skrajne stężenia mogą wywoływać właśnie ten stres, który chroni bakterie.
Na podstawie:
How a common antibiotic fuels bacterial resistance
