„Evoluce“ rezistence na antibiotika

Daniel Criswell, Ph.D.

(Překlad z http://www.icr.org/articles/view/14/282/, přeložil M. T. – 5/2012. Vyšlo v Impact 378/prosinec 2004, http://www.icr.org/i/pdf/imp/imp-378.pdf)

Stále častější výskyt odolnosti vůči antibiotikům u bakterií od 50. let 20. století pozorujeme u všech hlavních tříd antibiotik užívaných k léčbě širokého spektra respiračních chorob, kožních afekcí i sexuálně přenosných nemocí. Pramení tahle odolnost ze skutečnosti, že se u bakterií vyvinuly jako odpověď na přítomnost antibiotik nové geny, nebo způsobí tlak prostředí, že jsou vybrány pouze takové bakterie, které už mají geny pro zmíněnou odolnost ve své genetické výbavě? Při odpovědi na tuhle otázku si probereme několik faktorů důležitých pro odolnost vůči antibiotikům a ukážeme si, že odolnost je naplánovaným znakem organizmu charakterizujícím už existující geny a umožňujícím bakteriím držet krok se zdroji antibiotik ve svém prostředí.

Z krátkého zastavení u jednoho z příkladů odolnosti vůči penicilinu poznáme, nakolik vzrostl výskyt organizmů odolných vůči antibiotikům od časů, kdy byla antibiotika zavedena do běžné terapeutické praxe. Penicilin je antibiotikum produkované běžnou plísní Penicillium (Anamorfní vřeckovýtrusná houba štětičkovec – Pozn. přek.), které bylo objeveno náhodou roku 1929 britským mikrobiologem Alexandrem Flemingem. Od 40. let 20. století bylo k dispozici pro lékařské účely a bylo úspěšně použito k léčbě infekcí u vojáků ve druhé světové válce. Pak byl penicilin běžně využíván k léčbě široké škály infekcí. Roku 1967 byl v Austrálii poprvé pozorován Streptococcus pneumoniae odolný vůči penicilinu a o sedm let později byl v USA pozorován další případ S. pneumoniae odolný vůči penicilinu, tentokrát u pacienta s pneumokokovou meningitidou (1). Roku 1980 vědci odhadovali, že 3-5% S. pneumoniae bylo odolných vůči penicilinu, a roku 1998 toto číslo činilo již 34% (1). Odolnost vůči antibiotikům u dalších mikroorganizmů vykazuje stejný trend. Odolnost vůči tetracyklinu u běžné lidské střevní mikroflóry raketově stoupla z 2% v 50. letech 20. století na 80% v letech devadesátých (2). Kanamycin, antibiotikum užívané v 50. letech 20. století, se stalo klinicky bezcenným v důsledku převahy bakterií vůči němu odolných. Růst odolnosti mezi těmito organizmy svědčí jasně o změně v četnosti výskytu genů kódujících odolnost vůči antibiotikům.

Od druhé světové války se k léčbě širokého spektra lidských i zvířecích infekcí využívá ještě mnoho dalších antibiotik izolovaných z hub (plísní) i z bakterií. Jedna skupina bakterií, Streptomyces, produkuje většinu lékařsky důležitých antibiotik (3). Streptomyces uvolňují antibiotika do půdy v rámci čehosi jako „biochemického boje“ s konkurenčními organizmy na biotopu. Tato antibiotika jsou malé molekuly, které napadají různé části buněčného mechanizmu příslušného organizmu. Chinolonová a kumarinová antibiotika produkovaná bakteriemi Streptomyces, například novobiocin, inhibují protein (enzym) zvaný gyráza, který umožňuje „zavíjení a rozvíjení“ dvouvláknové DNA během replikace či transkripci informační RNA (4). Selhání zmíněného procesu u DNA vede k vytvoření bakterie neschopné se normálně dělit či produkovat funkční proteiny. Ribozomy, struktury, ve kterých je katalyzována syntéza proteinů, jsou pak terčem mnoha dalších antibiotik získávaných z plísní Streptomyces jako třeba spectinomycinu, tetracyklinu a streptomycinu. Spectinomycin a tetracyklin brání buňce v syntéze proteinů a streptomycin navozuje v proteinu procházejícím translací syntézu nesprávných aminokyselin (5,6). A bez proteinů nutných pro správné fungování buňky buňka hyne. Malé odlišnosti mezi lidskými ribozomy, které zmíněná antibiotika neblokují, a ribozomy bakteriálními činí z těchto antibiotik ideální léky na mnoho nemocí. Další antibiotika jako třeba penicilin blokují syntézu bakteriální buněčné stěny, čímž ji oslabují a štěpí (7). Penicilin je účinným antibiotikem pro léčbu lidských nemocí, protože inhibuje biologickou složku bakterií (buněčnou stěnu), která se v lidských buňkách nevyskytuje. Tím, že produkují antibiotika, získávají tyto organizmy konkurenční výhodu oproti neodolným bakteriím ve svém prostředí. Stejně tak, jako musí vyšší organizmy jako třeba rostliny a zvířata bojovat o životní prostor, potravu a vodu, využívají tito mikrobi antibiotika k odstranění konkurenčních organizmů v boji o omezené zdroje energie.

Avšak ne všechny bakterie jsou vůči producentům antibiotik bezbranné. Mnohé z nich disponují geny, které kódují proteiny neutralizující poškození způsobená antibiotiky a bránící útokům na jejich buněčný mechanizmus. Efluxové pumpy umístěné v buněčné membráně jsou jednou z metod obrany, kterou využívá mnoho bakterií proti influxu antibiotik (6). Útočící antibiotikum je přinuceno odtéci z buňky disponující zmíněnou pumpou dříve, než může poškodit buněčný mechanizmus. Třebaže jsou možná mnohé efluxové pumpy specializovány jen na substrát, který běžně z buňky pumpují, není jejich výskyt žádnou vzácností. Ribozomální ochranné proteiny (RPP) jsou dalším zdrojem odolnosti, který bakterie využívají k tomu, aby se chránily před antibiotiky. Tyto proteiny chrání ribozomy tak, že se na ně naváží a změní tak jejich tvar či konformaci. Změna ribozomálního tvaru pak zabrání antibiotiku navázat se na příslušný protein a blokovat tak jeho syntézu (6). Ribozomy obsahující RPP jsou pak s to po dobu syntézy proteinu normálně fungovat, což je důležitým znakem téhle metody rezistence vůči antibiotikům. Některé bakterie také produkují enzymy, které neutralizují antibiotika dodáním acetylových (COCH3) či fosfátových (PO32-) skupin na konkrétní místo antibiotika /8/. Tahle modifikace omezí schopnost antibiotika navázat se na ribozomy, čímž je učiní pro buňku neškodnými (9). Zajímavé je, že všechny tři typy zmíněných genů zajišťujících odolnost vůči antibiotikům (genů kódujících efluxové pumpy, ribozomální ochranné proteiny i genů modifikujících enzymy) nalézáme u bakterií druhu Streptomyces, producentů mnoha antibiotik. Zdá se tedy, že v tomto případě jde o metodu užívanou streptomycetami k obraně před vlastními antibiotiky.

Je možné předat tyhle geny odolnosti dalším bakteriím? Jedinečnou vlastností bakterií, která nebyla prokázána u buněk rostlinných či živočišných, je právě schopnost předávat si navzájem geny – proces zvaný laterální genetický transfer. Geny umístěné na kruhovém vláknu DNA zvaném plasmid R mohou zahrnovat několik genů rezistence vůči antibiotikům. Procesem zvaným konjugace může předat bakterie odolná vůči antibiotikům geny téhle rezistence z plasmidu R bakterii neodolné (10). Ironií je, že několik genů pro antibiotickou rezistenci zjištěných u jiných patogenních bakterií se svými sekvencemi DNA velmi podobají genům zjištěným u druhu Streptomyces (11). Efluxní pumpy, kterými streptomycety vypouštějí antibiotika, aby tak zničily své konkurenty v bakteriálním světě, jsou v podstatě stejné jako pumpy, kterými nyní jiné druhy bakterií vypouštějí agresivní antibiotikum, které na ně pumpují streptomycety! Bakterie odolné vůči antibiotikům tak zřejmě získaly geny pro zmíněné efluxní pumpy laterálním genetickým transferem. Ribozomální ochranné proteiny (RPP) i enzymy modifikující antibiotika u rezistentních bakterií pocházejí patrně také ze streptomycet či z nějakého jiného mikrobu produkujícího antibiotika (6). Nezdá se, že by bakterie vyvíjely nové geny; získávají pouze již existující geny pro antibiotickou rezistenci laterálním genetickým transferem. A to právě umožňuje konkrétnímu druhu bakterie disponovat dostatečnou genetickou variabilitou, aby jí to umožnilo přizpůsobit se měnícímu se prostředí a úspěšně konkurovat svým sousedům. (Tahle metoda obrany se velmi podobá genetické variabilitě u savčích lymfocytů B produkujících protilátky – téma pro další článek v Impact). Bakterie, která získala geny pro antibiotickou rezistenci, si stále zachovává „somatické“ i metabolické vlastnosti, které ji odlišují od dalších druhů bakterií, a naopak spojují s bakteriemi svého vlastního druhu. Takže pozorovaný zvýšený výskyt bakterií odolných vůči antibiotikům má na svědomí zvýšené používání antibiotik v lékařství i v zemědělství, což vybíjí organizmy, které geny pro antibiotickou rezistenci nemají.

Antibiotická rezistence u bakterií může také vzniknout tak, že mutace ribozomu či proteinu vedou ke změně místa, na které se antibiotikum váže. Například čtyři antibiotika, o kterých jsme referovali výše, tetracyklin, streptomycin, kanamycin a spectinomycin, se váží na specifickou oblast ribozomu a účastní se syntézy proteinů. A právě mutace zřejmě mohou bránit antibiotiku navázat se na ribozom (u kanamycinu) (12) nebo umožnit ribozomu fungovat i tehdy, je-li na něj antibiotikum navázáno (streptomycin a spectinomycin) (5). Třebaže se zdá, že jsou zmíněné mutace přínosné a bakterii poskytují výhodu, vždy je to za nějakou cenu. Ribozomální mutace, i když poskytují organizmu antibiotickou rezistenci, zpomalují proces syntézy proteinů, brzdí růst, a zmenšují schopnost příslušné bakterie vyrovnat se s prostředím, kde uvedené specifické antibiotikum chybí (13,14). Navíc mutace umožňující odolnost vůči jednomu antibiotiku způsobuje zřejmě zase sníženou odolnost bakterie vůči antibiotikům jiným (15). A právě zmíněné negativní efekty jsou tím, co kreacionisté u mutací předpokládají. Mutace totiž může snad přinést výhodu v určitém prostředí, ale celková zdatnost populace příslušného druhu bakterií se sníží kvůli omezenému fungování jedné ze složek jejich biologického mechanizmu. Takže hromadění mutací nepovede ke vzniku nového druhu bakterií – povede k jejich vymření.

Odkazy

1. Doern, G.V. et al., 2001. Antimicrobial resistance among clinical isolates of
Streptococcus pneumoniae in the United States during 1999–2000, including a
comparison of resistance rates since 1994–1995. Antimicrobial Agents and
Chemotherapy 45(6)1721–1729.
2. Shoemaker, N.B. et al., 2001. Evidence for extensive resistance gene transfer
among Bacteriodes spp. and among Bacteriodes of other genera in the human
colon. Applied and Environmental Microbiology 67:561–568.
3. Tanaka, Y., and S. Omura, 1990. Metabolism and products of actinomycetes: an
introduction. Actinomycetologica 4:13–14.
4. Contreras, A., and A. Maxwell, 1992. gyrB mutations which confer coumarin
resistance also affect DNA supercoiling and ATP hydrolysis by Escherichia coli
DNA gyrase. Molecular Microbiology 6(12):1617–1624.
5. Carter, A.P. et al., 2000. Functional insights from the structure of the 30S
ribosomal subunit and its interactions with antibiotics. Nature 407:340–348.
6. Chopra, I., and M. Roberts, 2001. Tetracycline antibiotics: mode of action,
applications, molecular biology, and epidemiology of bacterial resistance.
Microbiology and Molecular Biology Reviews 65(2):232–260.
7. Garrett, R.H., and C.M. Grisham, 1999. Biochemistry 2nd ed., Saunders
College Publ., New York.
8. Wright, G.D., 1999. Aminoglycoside-modifying enzymes. Current Opinion in
Microbiology 2:499–503.
9. Llano-Sotelo, B. et al., 2002. Aminoglycosides modified by resistance enzymes
display diminished binding to the bacterial ribosomal aminoacyl-tRNA site.
Chemistry and Biology 9:455–463.
10. Campbell, N.A., and J.B. Reece, 2002. Biology 6th ed. Benjamin Cummings,
Publ. San Francisco.
11. Benveniste, R., and J. Davies, 1973. Aminoglycoside antibiotic-inactivation
enzymes in actinomycetes similar to those present in clinical isolates of
antibiotic-resistant bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences
USA 172:3628–3632.
12. Recht, M.I. et al., 1999. Basis for prokaryotic specificity of action of aminoglycoside
antibiotics. EMBO Journal 18(11):3133–3138.
13. Zengel, J.M. et al., 1977. Role of ribosomal protein S12 in peptide chain
elongation: analysis of pleiotropic, streptomycin-resistant mutants of Escherichia
coli. Journal of Bacteriology 129:1320–1329.
14. Gregory, S.T. et al., 2001. Streptomycin-resistant and streptomycin-dependent
mutants of the extreme thermophile Thermus thermophilus. Journal of Molecular
Biology 309:333–338.
15. Recht, M.I., and J.D. Puglisi, 2001. Aminoglycoside resistance with homogeneous
and heterogeneous populations of antibiotic-resistant ribosomes.
Antimicrobial Agents and Chemotherapy 45(9):2414–2419.

PřílohaVelikost
00513-18.5.2012-evoluce_rezistence_na_antibiotika.doc58.5 KB
Průměr: 3.3 (3 votes)

Ondra

To nic Ondro. Za to Tě peklo nečeká:-) Až si najdeš ženu, budeš mít ruce na úplně jiné věci:-)

Olda

Obrázek uživatele Ondra.

Šriber

P.S. Ten odkaz, který jsi sem včera dal, nefunguje. Mohl bys to zkusit znovu ?

Tam jsem dávál toto (nevím, proč to nefungovalo)

...

Obrázek uživatele Ondra.

Drsoňman a Minerva

A nemůžeš použít ruce, protože by to byl hřích. Shock

Ruce Ondra určitě používá, hřích nehřích.

----------------------------------------------

Takže k tomu, že nemám přítelkyni. Předpokládám, že máte na mysli v tomto kontextu masturbaci. Ano, to je prozatím má náhrada. Přesto, že jsem na to četl různé články související s Křesťanstvím (Biblí), že by se to nemělo apod. Zastánec těchto či podobných názorů opravdu nejsem (v tuto chvíli).

George

A ted se tedy dostaneme k tomu, ze pokud obe strany do toho zacnou projektovat svoji predstavu o "dukazech", tak uz se nebavime ani tak o tom, ze teiste by meli predlozit "dukaz", ale mnohem spis o tom, ze teiste by meli predlozit "nejaky konkretni dukaz" (tedy takovy, ktery by vyhovoval nasi predstave o tom jak by mel vypadat/jakeho by mel byt charakteru) a v ten moment se z toho podle me stava jeste vic diskuse o nicem, nez to bylo az do te doby..

To chápu a souhlasím. A přiznávám, že pro mě různé filozofické důkazy mají téměř nulovou výpovědní hodnotu, minimálně z hlediska uznání boha jako hybatele fungování materiálního světa. Jsem ochoten je uznat jako doklady o nutnosti boha pro potřeby některých lidí, kterým se s takovou představou lépe žije.

Drsonman

To já sám nevím. Popravdě je mi to jedno, mě dokazování božích existencí nijak zvlášť nezajímá, protože jsem přesvědčen, že k tomu nikdy nedojde.

Jenze ono uz k tomu de facto doslo. Proto jsem se na to take chtel zeptat. Prece teisti casto o dukazech Bozi existence hovori. Pochopitelne, ze samotni teiste uznavaji, ze zdaleka nejde o dukazy takoveho charakteru, jake by se jim samotnym libilo. Jenze pak jsme prave u toho, o jakem "dokazovani" presne se budeme bavit (jak uz jsem podotknul, vedecke to byt nemuze, tedy argument typu "Buh neni vedecky dokazany" je nesmysl).

A ted se tedy dostaneme k tomu, ze pokud obe strany do toho zacnou projektovat svoji predstavu o "dukazech", tak uz se nebavime ani tak o tom, ze teiste by meli predlozit "dukaz", ale mnohem spis o tom, ze teiste by meli predlozit "nejaky konkretni dukaz" (tedy takovy, ktery by vyhovoval nasi predstave o tom jak by mel vypadat/jakeho by mel byt charakteru) a v ten moment se z toho podle me stava jeste vic diskuse o nicem, nez to bylo az do te doby..

George

spis bych si myslel, ze zakladni stav je ten nas agnosticisticky a nazory odchylujici se od nej (jedno na kterou stranu) si stoji v zasade stejne.

Já si myslím, že agnostik či ateista jsou na tom v konečném důsledku stejně. Dokud není např. existence létajícího špagetového monstra dokázána, je to pro ně irelevantní záležitost.

Nemluve o tom, ze by me strasne zajimalo, jak si vlastne tohle "filosoficke dokazovani" kdo predstavujete? Nebot je podle me zrejme, ze toto proste neni vedecka otazka - ve vede se prece "nedokazuje" (krome matematiky), neni to soudni spor... takze jak by to v praxi melo vypadat?

To já sám nevím. Popravdě je mi to jedno, mě dokazování božích existencí nijak zvlášť nezajímá, protože jsem přesvědčen, že k tomu nikdy nedojde Smile.

Drsonman

Bohužel mnoho lidí stále nechápe, že neexistence dokázat nelze, takže důkazní břemeno vždy leží na straně toho, kdo tvrdí, že něco existuje.

Mno nevim, ale tohle je na muj vkus strasna filosofie... jsem cetl uz X ruznych filosofickych diskusi k tomuto tematu a nejak jsem nepochopil co na tom ty lidi porad tak bavi. Tongue Kazdopadne me se moc nezda, ze "nevira" by mela byt nejaky stav, ktery neni treba "dokazovat"... spis bych si myslel, ze zakladni stav je ten nas agnosticisticky Smile a nazory odchylujici se od nej (jedno na kterou stranu) si stoji v zasade stejne.

Nemluve o tom, ze by me strasne zajimalo, jak si vlastne tohle "filosoficke dokazovani" kdo predstavujete? Nebot je podle me zrejme, ze toto proste neni vedecka otazka - ve vede se prece "nedokazuje" (krome matematiky), neni to soudni spor... takze jak by to v praxi melo vypadat?

Minerva

Ruce Ondra určitě používá, hřích nehřích.

Obrázek uživatele Minerva

Ondra

Naneštestí já přítelkyni nemám.

A nemůžeš použít ruce, protože by to byl hřích. Shock

ॐ असतो मा सद्गमय

Jura DUB

všechna náboženství spoléhají na to, že je nekonečné mnoho toho, co dokázat nebo vyvrátit nelze a jenom velmi omezený počet toho, co dokázat nebo vyvrátit lze.

Bohužel mnoho lidí stále nechápe, že neexistence dokázat nelze, takže důkazní břemeno vždy leží na straně toho, kdo tvrdí, že něco existuje.

Customize This