Antybiotyki

AntybiotykiantybiotykiAntybiotyki to substancje, które w niskich stężeniach wpływają na struktury komórkowe lub procesy metaboliczne mikroorganizmów, hamując ich wzrost i podziały. Wykazują niską toksyczność wobec tkanek, dzięki czemu znalazły zastosowanie w leczeniu zakażeńzakażeniezakażeń bakteryjnych.

O ich odkryciu zadecydował przypadek i... bałaganiarstwo wybitnego bakteriologa, Alexandra Fleminga. Uczony ten zwykł gromadzić w swoim laboratorium stosy brudnych szalek Petriego, które wykorzystywał do doświadczeń. Wskutek tego część szalek została zakażona przez grzyby pleśniowe (Penicillium notatum [czyt. penicilium notatum]), które zahamowały wzrost kolonii gronkowców hodowanych przez Fleminga. Badacz uznał więc, że pleśń musi zawierać bakteriobójczą substancję i nazwał ją penicylinąpenicylinypenicyliną od nazwy grzybów. Postanowił ją wyizolować, jednak nigdy nie udało mu się osiągnąć tego celu. Niemniej jego prace stały się impulsem dla innych naukowców, których wysiłki ostatecznie doprowadziły do zastosowania antybiotyków w lecznictwie, a tym samym – do chwilowego zwycięstwa nad bakteriami.

Naukowcy, którzy wydali wojnę bakteriom

Po drugiej stronie barykady: powszechnie występujące bakterie chorobotwórcze

Era antybiotyków

W XX w. rozwój nauki i technologii umożliwił postęp w dziedzinach takich jak biologia molekularna czy inżynieria genetyczna, dzięki którym odkrywano wciąż nowe antybiotyki. Największą liczbę odkryć zanotowano w latach 1950–1970. W tym też czasie lekami tymi próbowano leczyć większość zakażeń. Wkrótce więc presja selekcyjnapresja selekcyjnapresja selekcyjna uruchomiła mechanizmy wyzwalające oporność bakterii na antybiotyki, takie jak spontaniczne mutacjemutacjamutacje oraz transfer genówtransfer genówtransfer genów.

Wymiana genów a oporność bakterii

Bakterie rozmnażają się przez podział komórki, w szybkim tempie, często z udziałem mutacji. Może dochodzić również do integracji DNA bakterii z materiałem genetycznym bakteriofagów (rekombinacja genetycznarekombinacja genetycznarekombinacja genetyczna), co sprzyja ich zmienności genetycznej i wytwarzaniu coraz to nowych mechanizmów przystosowawczych.

Horyzontalny transfer genów to przeniesienie informacji genetycznej z jednego organizmu do drugiego, gdzie przekazane geny podlegają utrwaleniu w genomie. Dzięki transferowi mogą rozprzestrzeniać się geny związane z chorobotwórczością (wirulencjąwirulencja (zjadliwość)wirulencją), przyczyniając się do zmiany nieszkodliwych bakterii w zabójcze patogeny.

Wyróżniamy trzy podstawowe rodzaje horyzontalnego transferu genów bakterii:

1. transformację – pobieranie DNA przez bakterie ze środowiska;

2. transdukcję – przekazywanie genów przez bakteriofagibakteriofagibakteriofagi do komórki bakteryjnej;

3. koniugację – przekazywanie genów przez bezpośredni kontakt komórek (z udziałem pili koniugacyjnejpila koniugacyjna (pilus)pili koniugacyjnej).

Oporność bakterii na antybiotyki dzieli się na naturalną i nabytą.

Naturalna oporność jest charakterystyczna dla danego gatunku lub szczepu. Jest to np. oporność bakterii Gram‑ujemnych na wankomycynę. Właściwe mechanizmy oporności to pompy, które aktywnie usuwają z wnętrza komórki substancje antybakteryjne czy enzymy inaktywujące antybiotyki m.in. przez hydrolizęhydrolizahydrolizę i modyfikacje chemiczne. Nabyta oporność jest właściwa danemu szczepowi drobnoustrojów. Powstaje najczęściej jako skutek presji selekcyjnej w wyniku kontaktu mikroorganizmu z antybiotykiem. Styczność ta powoduje wzrost ekspresjiekspresja genuekspresji naturalnych genów oporności, nazywana jest opornością chromosomalną. Oporność pozachromosomalna dotyczy transferu plazmiduplazmidplazmidu z komórki opornej na antybiotyk do komórki wrażliwej, czego skutkiem jest zwiększenie liczby opornych szczepów.

Szczepy, które zyskały oporność nabytą mają przewagę selekcyjną w warunkach presji antybiotykowej. Masowe używanie wielu rodzajów antybiotyków przyczynia się do selekcji szczepów wieloopornych, które wykazują oporność na szeroką gamę dostępnych antybiotyków.

Przykłady lekoopornych szczepów bakterii

MRSA, czyli gronkowiec złocisty oporny na metycylinę (Staphylococcus aureus), wywołuje trudne do wyleczenia infekcje szpitalne (np. różnego rodzaju owrzodzenia, zapalenie płuc z martwicą i sepsę), które są szczególnie groźne dla pacjentów z obniżoną odpornością. Jest to szczep oporny na antybiotyki beta‑laktamowe, często stosowane leki podczas infekcji. Skuteczność tej grupy związków wynika z ich zdolności do hamowania sieciowania peptydoglikanu, który jest główną jednostką budulcową ściany komórkowej bakterii. Powstające w ten sposób sferoplasty posiadają resztki ściany komórkowej, która staje się niefunkcjonalna. Taka struktura bakteryjna jest niestabilna i ulega rozpadowi. Sukces tej grupy antybiotyków opiera się na wybiórczym niszczeniu chorobotwórczych bakterii i nieszkodliwości wobec komórek ludzkich, które w swojej ścianie nie zawierają peptydoglikanu. Jednak szczepy MRSA uodporniły się na ten typ substancji bakteriobójczych, dzięki wytwarzaniu enzymów, zwanych penicylinazami.

Klebsiella pneumoniae New Delhi posiada enzym (NDM‑1), zapewniający jej oporność na większość antybiotyków, stąd nazywana jest superbakterią. Wywołuje ciężkie zakażenia szpitalne, zapalenia układu moczowego, układu oddechowego oraz krwi. Bardzo szybko rozprzestrzenia się, dlatego grozi nam z jej strony ryzyko epidemii. W Polsce do 2017 r. odnotowano ok. 3 tys. zakażeń, według KORLD (Krajowego Ośrodka Referencyjnego ds. Lekowrażliwości Drobnoustrojów).

Problem wielolekooporności

Problem wielolekoopornościwielolekoopornośćwielolekooporności bakterii zagraża osiągnięciom współczesnej medycyny.

Słownik