Ph.D. Candidate in Microbiology, Cornell University. Πηγή: The Conversation.
Η αντίσταση στα αντιβιοτικά είναι ένα τεράστιο πρόβλημα, συμβάλλοντας σε σχεδόν 1,27 εκατομμύρια θανάτους παγκοσμίως το 2019. Όμως η ανοχή στα αντιβιοτικά είναι μια κρυφή απειλή που οι ερευνητές μόλις πρόσφατα άρχισαν να εξερευνούν.
Είχατε ποτέ μια δυσάρεστη λοίμωξη που απλά δεν φαινόταν να υποχωρεί; Ή ρινική καταρροή που επανέρχεται συνέχεια; Μπορεί να έχετε να κάνετε με ένα βακτήριο που είναι “ανεκτικό”, αν και δεν είναι ακόμη ανθεκτικό στα αντιβιοτικά.
Η ανοχή στα αντιβιοτικά συμβαίνει όταν ένα βακτήριο καταφέρνει να επιβιώσει για μεγάλο χρονικό διάστημα μετά από έκθεση σε ένα αντιβιοτικό. Ενώ τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια ευδοκιμούν ακόμη και με την παρουσία του αντιβιοτικού, τα ανεκτικά βακτήρια υπάρχουν συχνά σε λανθάνουσα κατάσταση, ούτε αναπτύσσονται ούτε πεθαίνουν, αλλά ανέχονται το αντιβιοτικό μέχρι να μπορέσουν να «ξαναξυπνήσουν» μόλις φύγει το στρες. Η ανοχή έχει συνδεθεί με την εξάπλωση της αντίστασης στα αντιβιοτικά.
Κατανοώντας γιατί τα βακτήρια έχουν την ικανότητα να γίνονται ανεκτικά, οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν τρόπους να αποφύγουν τη διάδοση αυτής της ικανότητας. Ο ακριβής μηχανισμός που διαχωρίζει την ανοχή από την αντίσταση ήταν ασαφής. Αλλά μια πιθανή απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε μια διαδικασία που έχει αγνοηθεί εδώ και δεκαετίες: το πώς τα βακτήρια δημιουργούν την ενέργειά τους.
Πολλά αντιβιοτικά έχουν σχεδιαστεί για να διαπερνούν τις εξωτερικές άμυνες των βακτηρίων, όπως μια οβίδα μέσα από ένα πέτρινο φρούριο. Τα ανθεκτικά βακτήρια έχουν ανοσία στην οβίδα επειδή μπορούν είτε να την καταστρέψουν προτού καταστρέψει το εξωτερικό τους τοίχωμα είτε να αλλάξουν τα δικά τους τοιχώματα για να μπορέσουν να αντέξουν την κρούση.
Τα ανεκτικά βακτήρια μπορούν να αφαιρέσουν εντελώς το τοίχωμά τους και να αποφύγουν τη ζημιά εντελώς. Ούτε τοίχος, ούτε στόχος για να σπάσει η οβίδα. Εάν η απειλή υποχωρήσει, το βακτήριο μπορεί να ξαναχτίσει το τοίχωμά του για να προστατευτεί από άλλους περιβαλλοντικούς κινδύνους και να επαναλάβει τις κανονικές του λειτουργίες. Ωστόσο, είναι ακόμα άγνωστο πώς τα βακτήρια γνωρίζουν ότι η απειλή των αντιβιοτικών έχει εξαφανιστεί και τι ακριβώς πυροδοτεί την εκ νέου αφύπνιση τους.
Οι ερευνητές προσπαθούν να κατανοήσουν τις διαδικασίες ενεργοποίησης και αφύπνισης στα ανεκτικά βακτήρια που ευθύνονται για τη χολέρα, το Vibrio cholerae. Το Vibrio αναπτύσσει ταχέως αντίσταση έναντι διαφόρων τύπων αντιβιοτικών και οι γιατροί ανησυχούν. Από το 2010, το Vibrio είναι ήδη ανθεκτικό σε 36 διαφορετικά αντιβιοτικά και ο αριθμός αυτός αναμένεται να συνεχίσει να αυξάνεται.
Πώς το Vibrio αναπτύσσει ανθεκτικότητα; Οι ερευνητές επέλεξαν ένα στέλεχος που είναι ανεκτικό σε μια κατηγορία αντιβιοτικών, τις βήτα-λακτάμες. Οι βήτα-λακτάμες είναι η οβίδα που στέλνεται για να καταστρέψει το φρούριο των βακτηρίων και το Vibrio προσαρμόζεται ενεργοποιώντας δύο γονίδια που αφαιρούν προσωρινά το κυτταρικό του τοίχωμα. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να φανεί στο μικροσκόπιο. Αφού αφαιρέσουν το κυτταρικό τοίχωμα, τα βακτήρια ενεργοποιούν ακόμη περισσότερα γονίδια που τα μεταμορφώνουν σε εύθραυστες σφαίρες που μπορούν να επιβιώσουν από τις επιδράσεις του αντιβιοτικού. Μόλις αφαιρεθεί ή αποικοδομηθεί το αντιβιοτικό, το Vibrio επιστρέφει στο κανονικό σχήμα ράβδου και συνεχίζει να αναπτύσσεται.
Τα Vibrio cholerae σε σχήμα ράβδου αφαιρούν τα κυτταρικά τους τοιχώματα και μετατρέπονται σε σφαίρες παρουσία πενικιλίνης, επιτρέποντάς τους να επιβιώσουν περισσότερο.
Το Vibrio cholerae επιστρέφει στη ραβδοσχήμη δομή τους μόλις εξαλειφθεί η απειλή των αντιβιοτικών.
Στους ανθρώπους, αυτή η διαδικασία ανοχής παρατηρείται όταν ένας γιατρός συνταγογραφεί ένα αντιβιοτικό, συνήθως δοξυκυκλίνη, σε έναν ασθενή που έχει μολυνθεί από χολέρα. Το αντιβιοτικό φαίνεται να σταματά προσωρινά τη μόλυνση. Στη συνέχεια, όμως, τα συμπτώματα επανεμφανίζονται επειδή τα αντιβιοτικά δεν εκκαθάρισαν ποτέ πλήρως τα βακτήρια εξαρχής.
Η ικανότητα επαναφοράς στο φυσιολογικό και ανάπτυξης μετά τη λήξη του αντιβιοτικού είναι το κλειδί για την ανεκτική επιβίωση. Η έκθεση του Vibrio σε ένα αντιβιοτικό για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα θα το σκότωνε τελικά. Αλλά μια τυπική σειρά αντιβιοτικών συχνά δεν είναι αρκετά μεγάλη για να απαλλαγούμε από όλα τα βακτήρια ακόμη και στην εύθραυστη κατάστασή τους.
Ωστόσο, η λήψη ενός φαρμάκου για παρατεταμένη περίοδο μπορεί να βλάψει τα υγιή βακτήρια και τα κύτταρα, προκαλώντας περαιτέρω ενόχληση και ασθένεια. Επιπλέον, η κακή χρήση και η παρατεταμένη έκθεση σε αντιβιοτικά μπορεί να αυξήσει τις πιθανότητες να γίνουν ανθεκτικά άλλα βακτήρια που κατοικούν στο σώμα.
Το Vibrio δεν είναι το μόνο είδος που επιδεικνύει ανεκτικότητα. Οι ερευνητές εντόπισαν πρόσφατα πολλά μολυσματικά βακτήρια που έχουν αναπτύξει ανοχή. Μια οικογένεια βακτηρίων που ονομάζεται Enterobacteriaceae, η οποία περιλαμβάνει τα κύρια παθογόνα που μεταδίδονται από τα τρόφιμα Salmonella, Shigella και E. coli, είναι μόνο μερικά από τα πολλά είδη βακτηρίων που είναι ικανά για ανοχή στα αντιβιοτικά.
Όπως κάθε βακτήριο είναι μοναδικό, έτσι φαίνεται να είναι και ο τρόπος που αναπτύσσει ανεκτικότητα. Ορισμένα βακτήρια, όπως το Vibrio, διαγράφουν τα κυτταρικά τους τοιχώματα. Άλλα μπορούν να αλλάξουν τις πηγές ενέργειας τους, να αυξήσουν την ικανότητά τους να κινούνται ή απλώς να διώχνουν το αντιβιοτικό. Ο μεταβολισμός ενός βακτηρίου ή ο τρόπος με τον οποίο διασπά την «τροφή» για να πάρει ενέργεια, μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην ικανότητά του να γίνει ανεκτικό. Διαφορετικές δομές μέσα σε ένα βακτήριο, συμπεριλαμβανομένου του εξωτερικού τοιχώματος, αποτελούνται από συγκεκριμένα δομικά στοιχεία όπως πρωτεΐνες. Η διακοπή της ικανότητας του βακτηρίου να κατασκευάζει αυτά τα κομμάτια αποδυναμώνει το τοίχωμά του, καθιστώντας το πιο πιθανό να υποστεί ζημιά από το εξωτερικό περιβάλλον πριν μπορέσει να γκρεμίσει τον τοίχο.
Αλλά η ανοχή και η αντίσταση συνδέονται. Αν και έχει υπάρξει σημαντική έρευνα για το πώς τα βακτήρια αναπτύσσουν ανοχή, ένα βασικό κομμάτι του παζλ που έχει παραμεληθεί είναι το πώς η ανοχή οδηγεί σε αντίσταση. Το 2016, ερευνητές ανακάλυψαν πώς να κάνουν τα βακτήρια ανεκτικά στο εργαστήριο. Μετά από επανειλημμένη έκθεση σε διαφορετικά αντιβιοτικά, τα κύτταρα E. coli μπόρεσαν να προσαρμοστούν και να επιβιώσουν. Το DNA, το γενετικό υλικό που περιέχει οδηγίες για τη λειτουργία των κυττάρων, είναι ένα εύθραυστο μόριο. Όταν το DNA καταστρέφεται γρήγορα από το στρες, όπως η έκθεση σε αντιβιοτικά, οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης του κυττάρου τείνουν να ανακατεύονται και να προκαλούν μεταλλάξεις που μπορούν να δημιουργήσουν αντίσταση και ανοχή. Επειδή το E. coli είναι παρόμοιο με πολλούς διαφορετικούς τύπους βακτηρίων, τα ευρήματα αυτά αποκάλυψαν ότι, κατά ειρωνικό τρόπο, ουσιαστικά κάθε βακτήριο μπορεί να αναπτύξει ανοχή εάν ωθηθεί στα όριά του από τα αντιβιοτικά που προορίζονται να τα σκοτώσουν.
Μια άλλη βασική ανακάλυψη ήταν ότι όσο περισσότερο τα βακτήρια παραμένουν ανεκτικά, τόσο πιο πιθανό είναι να αναπτύξουν μεταλλάξεις που οδηγούν σε αντίσταση. Η ανοχή επιτρέπει στα βακτήρια να αναπτύξουν μια μετάλλαξη αντίστασης που μειώνει τις πιθανότητές τους να σκοτωθούν κατά τη διάρκεια της θεραπείας με αντιβιοτικά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σχετικό με τις βακτηριακές κοινότητες που παρατηρούνται συχνά σε βιοφίλμ και τείνουν να επικαλύπτουν επιφάνειες αφής στα νοσοκομεία. Τα βιοφίλμ είναι γλοιώδη στρώματα βακτηρίων που εκπέμπουν ένα προστατευτικό ζελέ το οποίο δυσκολεύει τη θεραπεία με αντιβιοτικά και κάνει τον μοιρασμό του DNA μεταξύ των μικροβίων εύκολο. Μπορούν να κάνουν τα βακτήρια να αναπτύξουν αντίσταση. Αυτές οι καταστάσεις πιστεύεται ότι μιμούνται αυτό που μπορεί να συμβαίνει κατά τη διάρκεια λοιμώξεων που λαμβάνουν αντιβιοτικά, στις οποίες πολλά βακτήρια ζουν το ένα δίπλα στο άλλο και μοιράζονται DNA.
Εν τω μεταξύ, υπάρχουν βήματα που μπορεί να λάβει ο καθένας για να βοηθήσει στη μάχη κατά της ανοχής και της αντοχής στα αντιβιοτικά. Μπορείτε να το κάνετε αυτό παίρνοντας ένα αντιβιοτικό ακριβώς όπως έχει συνταγογραφηθεί από τον γιατρό και τελειώνοντας ολόκληρο το μπουκάλι. Η σύντομη, ασυνεπής έκθεση σε ένα φάρμακο προωθεί τα βακτήρια να γίνουν ανεκτικά και τελικά ανθεκτικά. Η πιο έξυπνη χρήση αντιβιοτικών από όλους μπορεί να σταματήσει την εξέλιξη των ανεκτικών βακτηρίων.
