Superbakterije i stjecanje otpornosti na antibiotike

S

Da su virusne bolesti problematične, a bakterijske sve izlječive postala je gotovo dogma stoljeća u kojem živimo. Rijetki su ljudi koji znaju koliko nas bakterije još mogu iznenaditi. Na spomen riječi HIV, većina će se prolaznika naježiti od pomisli na opaku bolest koja slijedi nakon zaraze ovim virusom, ali samo mali broj zna da od infekcija uzrokovanih samo jednom vrstom bakterija rezistentnih na antibiotike godišnje umire više ljudi nego od AIDS-a.

S druge strane, stvarati paniku zbog pojave „superbakterija”, bilo bi jednako krivo kao i u potpunosti ih zanemarivati. Jedini pravi način na koji se možemo učinkovito i spremno suočiti s njima jest opskrbiti se potrebnim znanjem, pa onda djelovati. Da bismo razumjeli zbog čega bakterije ponovno postaju problem, potrebno je razumjeti tajnu njihovog uspjeha.

Prije „ere antibiotika”, izloženost čovjeka čak i danas najbezazlenijim bakterijama mogla je dovesti do ozbiljnih posljedica, a često i do smrti. Protiv bolesti su se ljudi borili puštanjem krvi, vračanjima, amajlijama, crnom i bijelom magijom, izoliranjem oboljelih, i mnogim drugim više ili manje nefunkcionalnim metodama. Povijest je, što se bakterijskih oboljenja tiče, promijenioAlexander Fleming 1929. godine otkrićem antibiotika. Tek što su se krenuli primjenjivati, antibiotici su osvojili svijet i u kombinaciji s boljim higijenskim uvjetima spasili mnoge ljudske živote. Istovremeno, sa sve jačom i češćom primjenom, rastao je i evolucijski pritisak na bakterije. U početku su bakterije prividno gubile bitku, no kako bi svaki antibiotik od svih bakterijskih varijanti na životu ostavio samo otporne sojeve i/ili jedinke, tako bi se oni krenuli širiti, pa čak i „izmjenjivati” otpornosti s drugim, nesrodnim bakterijskim vrstama. Prva zabilježena bakterija s rezistentnošću na penicilin bila je Escherichia coli, 1940. godine ( Abraham i Chain 1940), a od tada do danas, otpornost na razne antibiotike razvile su i mnoge druge.

Geni koji se pokreću

Zbog čega se javlja bakterijska rezistencija na antibiotike? Bakterije imaju kratak životni vijek  i brzu izmjenu generacija te su konstantno izložene rapidnim promjenama okoliša u kojem žive. Kada ne bi imale mogućnost brzih i uspješnih adaptacija, ne bi mogle opstati u uvjetima žestoke kompeticije s drugim prokariotskim i složenijim eukariotskim organizmima. Genetska varijabilnost osnova je evolucijskih promjena. Kada bi sve jedinke u  populaciji bile genetski identične, i kada bi svi njihovi potomci nasljeđivali iste osobine, evolucija ne bi bila moguća. Glavni izvor genetske varijabilnosti u bakterija su mutacije. One su haploidni organizmi, što znači da se svaka nastala promjena genetičkog materijala ispoljava ne samo u bakteriji u kojoj je nastala već i kod svih njenih potomaka. No, problem je s mutacijama što su rijetke, a nastale promjene gotovo redovito zahvaćaju samo jedan gen. Transfer gena i pokretanje genetičkih elemenata, naprotiv, rezultiraju simultanom promjenom, zamjenom, izrezivanjem i/ili dodavanjem većeg broja gena, što u konačnici za bakteriju domaćina znači brzu i opsežniju promjenu nasljedne upute, tj. veće šanse za opstanak.

Znanstvenici su godinama mislili da je molekula DNK izuzetno stabilna te da geni nemaju  mogućnost  kretanja po genomu unutar stanice. Ovu znanstvenu dogmu protreslo je ranih 50-ih godina prošlog stoljeća otkriće Barbare McClintock. Otkriće je sustavno ignorirano kao nemoguće sljedećih 20 godina, sve dok dokaz postojanja tzv. pokretnih genetičkih elemenata nije pronađen i kod bakterije vrste Escherichia coli. Za svoje revolucionarno otkriće, Barbara McClintock primila je 1983. god. u dobi od 81 godine Nobelovu nagradu iz područja medicine/fiziologije. Danas znamo da pokretni genetički elementi postoje kod gotovo svih živih organizama. U osnovi, postoje 3 glavne grupe pokretnih genetičkih elemenata. Jednu od skupina čine transpozoni koji su specifični uglavnom za prokariotske organizme, pa tako i bakterije.

Kako nastaju superbakterije?

Smatra se da je stvaranje bakterijskih R-plazmida vjerojatno posljedica nakupljanja upravo transpozona koji kodiraju otpornost na različite antibiotike na istom plazmidu [1].  R- plazmidi su jedna od najvažnijih i najproučavanijih grupa bakterijskih plazmida. Slovo R u imenu potječe od engleske riječiresistance (otpornost, rezistencija), koja nam već sama po sebi govori karakteristiku zbog koje su toliko bitni. Naime, R-plazmidi na sebi nose višestruke gene za rezistenciju na razne antimikrobne lijekove i teške metale (npr. arsen). Rezistencije se najčešće javljaju na antibiotike sulfanilamid, streptomicin, kloramfenikol itetraciklin. Bakterije mogu nositi rezistenciju na samo jedan od njih ili na sve. Najvažnije je svojstvo to da se otpornost na antibiotike može prenositi s rezistentnih bakterija na nerezistentne, ali i na one koji već nose rezistenciju na iste ili različite antibiotike, stvarajući tako višestruku otpornost.

Za razvoj ovakvih rezistentnih sojeva, tzv. superbakterija, osobito su plodna tla velike bolnice, zbog stalne i intenzivne izloženosti bakterija evolucijskom pritisku brojnih antibiotika. Bolničke infekcije zabilježili su još stari Grci, a u novije vrijeme pojavljuju se u 5-6% zaprimljenih pacijenata, s tim da je postotak viši kod zemalja u razvoju, gdje su uvjeti i higijena lošiji, a antibiotici se često neumjereno upotrebljavaju [2]. U SAD-u, 1992. godine, hospitalizacija i liječenje samo jednog slučaja rezistentnog oblika tuberkuloze, stajalo je oko 180.000 dolara (Cohen 1992). Najčešći uzročnici ovih infekcija su bakterije Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterobacteriacae(prikaz djelovanja antibiotika na vrstu Enterobacter sakazakii nalazi se na fotografiji iznad) iPseudomonas sp.

Staphylococcus aureus (fotografija desno) je bakterija koja je osobito poznata po svojoj prilagodljivosti i sposobnosti razvitka rezistencije na antibiotike. Jedna je od najvirulentnijih patogena današnjice. U svakome trenutku, 3/10 ljudi u SAD-u asimptomatski nosi S.aureus na koži i sluznicama. Do infekcije može doći ukoliko bakterije putem rane ili nekog operacijskog zahvata u lošim higijenskim uvjetima budu uvedene dublje u  tkivo. Prije izuma antibiotika, smrtnost  tako  zaraženih osoba bila je čak 80%. Alexander Fleming  prvi je zabilježio djelovanje penicilina na S.aureus, što je dovelo do proizvodnje i distribucije tog antibiotika u enormnim količinama, zbog čega se mortalitet ranjenih i oboljelih u Drugom svjetskom ratu u odnosu na Prvi svjetski rat znatno smanjio. Pred sam kraj Drugog svjetskog rata, 1944. godine, zabilježeni su prvi rezistentni sojevi< em>S.aureus (Kirby 1944). Do 1992. godine, 95% svih poznatih sojeva S.aureuspostalo je otporno na penicillin i njemu srodne lijekove (Neu 1992). U posljednje vrijeme, ova je bakterija izuzetno „popularna” među znanstvenicima zbog lakoće kojom stiče otpornost na različite lijekove, a osobito je dobro proučavan sojMRSA (engl. methicilin resistantStaphylococcus aureus). Procjene američkog Centra za kontrolu i prevenciju bolesti ukazuju kako je u SAD-u svake godine 100.000 ljudskih života u opasnosti samo zbog infekcije sojem MRSA,  a otprilike 19.000 ljudi umire od istog uzročnika, što je veći broj umrlih nego od HIV-a/AIDS-a (Klevens i sur. 2007).

Novi oblici rezistentnih sojeva bakterija svih vrsta neprestano nastaju te je neophodno neprestano smišljati nove oblike borbe protiv njih. Današnje se metode uglavnom svode na sprečavanje širenja suberbakterija: dezinfekciju i kontrolu mjesta na kojima najčešće nastaju (uglavnom bolnice). Druga je metoda neprestano uvođenje novih vrsta antibiotika, no zabrinjavajuć je podatak da su u zadnjih 40 godina izumljene samo dvije nove klase antimikrobnih agensa [2].

Na sreću, intenzivan procvat molekularne biologije te znanosti kao što su genomika i bioinformatika daju nam nadu da će borba protiv bakterijskih bolesti i njihove rezistencije u skorijoj budućnosti doživjeti revoluciju. Nove se strategije temelje na poznavanju bakterijskih genoma i intenzivno se radi na njihovom kartiranju. Velike internetske baze podataka pune se svaki dan novim informacijama te se stvaraju velike banke gena u kojima su, između ostalog, nasljedne upute velikog broja ljudskih patogena.

Ovo je, dakle, jedna od ključnih tema kojom će se znanost u sljedećih 50-ak godina morati pozabaviti kako se ne bi obistrinile mračne slutnje znanstvenika Marvin Cohen koji je prije osamnaest godina rekao:  „…the post-anti-microbial era may be rapidly approaching in which infectious disease wards housing unterable conditions will again be seen“.

________

Pojašnjenja pojmova:  

Prokariotski organizmi – jednostanični organizmi koji nemaju staničnu jezgru (npr. bakterije, arhebakterije)

Eukariotski organizmi – jednostanični i višestanični organizmi u čijim se stanicama njihova nasljedna uputa nalazi zapakirana unutar jezgre (npr. čovjek)

Bakterijski plazmid – malena kružna molekula DNK koja nije dio bakterijskog kromosoma, često nosi gene za otpornost na antibiotike

Asimptomatski nositelj S.aureus – osobe koje na svojoj koži i/ili sluznici imaju kolonije ove bakterije, ali nemaju nikakve kliničke simptome. Asimptomatski nositelji mogu prenjeti kolonije bakterija na druge pojedince ili se mogu sami inficirati, kao u slučaju unošenja bakterija dublje u vlastito tkivo.

Soj – Populacija stanica koje su potekle od jedne početne stanice koja se razmnožavala i stvorila veliki broj potomaka (klonova) nespolnim putem

tekst: Biologija.com.hr