„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)

Oldřich

Mně jsou Jurovy názory hodně blízké, jen to tak nehrotím. Náboženství na jedné straně stmeluje skupinu lidí stejného vyznání, na druhé straně lidi různých vyznání rozděluje a vytváří mezi nimi antagonismy a nepřátelství. Platí to pochopitelně nejen o náboženstvích, ale o všech ideologiích. Antagonismy jsou zdrojem zla a násilí, které v extrémních případech ústí například do náboženských válek nebo holokaustu.

A všichni bohové, včetně boha křesťanského, jsou pravděpodobně jen lidským výmyslem, protože člověk je pro tento typ výmyslů geneticky disponován.

Obrázek uživatele Ondra.

George

Ok, rozumím.

Ondra

Takze si zjevne tak uplne nerozumime.

Zkusim to jeste trochu jinak. Ja jakozto agnostik mam na nektere veci uplne jine nazory, nez napr. scientisticti ateiste. Velmi dobre se to myslim projevilo ve zdejsich diskusich s DEATH333. Co ale ve svete kolem sebe nevidim je to, ze bychom si prave kvuli temto odlisnym nazorum sli vzajemne po krku. Fakt nevim, mozna nejake takove pripady jsou. Ale nepovazuju to za moc pravdepodobne uz jen kvuli tomu, ze my ty svoje postoje "zereme" obecne vzato o dost min, nez verici "zerou" svoji viru.

Netvrdim, ze jde o problem vyhradne nabozenstvi. Tvrdim ale, ze prave u nabozenstvi je to mnohem "silnejsi" a to prave kvuli tomu, jak mu clovek dokaze propadnout + kvuli jeho konceptu, odmita-li tento toleranci. Vzdyt rada zdejsich kreacionistu je ukazkovym prikladem toho, o cem mluvim - oni kvuli sve vire proste musi mit pravdu, takze nelze pripoustet nejake pochybnosti atd. Muzes tu cist nazory lidi, podle kterych existuje proste jen jedno prave/pravdive nabozenstvi, tecka. A to prave to jejich, jak take jinak. Kdyz nejaky jiny verici... treba otec Cerven, jeden z tech co jsou mi docela sympaticti... rekne, ze u Posledniho soudu se Buh nebude ptat na veci typu "kdo jak casto chodil do kostela", ale na konkretni skutky a ze tyto skutky muze clovek delat bez ohledu na to, v jakem je nabozenstvi, tak ho hned zacnou kritizovat. Oni proste k zivotu nezbytne potrebujou, aby to bylo jinak. A jejich zpusob vyjadrovani je zamerne konfrontacni, zadne kompromisy se nepripousteji. To je ukazkovy priklad toho "staveni lidi proti sobe", ktery primo plyne z toho, ze rada nabozenstvi si narokovala (a stale narokuje) patent na pravdu, patent na moralku atd. Pokud by to nedelala a nesnazila se porad nekoho "obracet na viru pravou", tak bychom tu o tomhle vubec nemuseli diskutovat.

Btw v kontextu s tim co tu resime mi prijde trochu vtipne, kdyz mi posles odkaz na stranku, na ktere hned u jednoho z tech prvnich extremistickych hnuti najdu informace o tom, ze jeho clenove vzyvaji pohanske bohy keltske mytologie.

Ondro,

nikdy bych si nedovolil tvrdit, že náboženství je jediné zlo světa. Tady na webu by to mohlo tak vypadat, protože se tady stavím proti náboženství. Není to jediné, proti čemu se stavím. Extremistická hnutí jsou taky ideologická a jako taková jsou mým nepřítelem. Pryč s ideologiemi. Se všemi.

A to ani nemluvím o chamtivosti lidí, což nelze považovat za žádnou ideologii nýbrž obecnou lidskou špatnost. Těch je taky dost. A jsou iniciátorem zla ve společnosti. Ale proti těm tu brojit nemá smysl. Myslím, že všichni víme, o co jde.

Obrázek uživatele Ondra.

George

Ja bych rekl, ze Juru trochu spatne chapes. On se snazi rict spis to, ze nabozenstvi muze zafungovat jako jedna z "rozbusek", treba nejakeho konfliktu atd. Kvuli tomu opakovane upozornuje na to, ze nabozenstvi muze i rozdelovat, stavet lidi proti sobe. A jak spravne podotyka, nevyresilo by se to dokonce ani tim, kdyby nakrasne existovalo pouze jedno jedine nabozenstvi. Porad by se "drobilo" do XYZ ruznych cirkvi, sekt atd...

Rozděluje, staví lidi proti sobě = myšlenky, přímo konané činy, postoje jednotlivců, popř. přímo organizovaných skupin. Tyto faktory jsou zahrnuty obecně ve společnosti. To není jenom věc náboženství. Viz např. politické režimy, násilné činy ve společnosti, drogy, obecně problémy v rodinách. => v důsledku lidského konání. Toto rovněž rozděluje společnost na určité "části". A to se o náboženství vůbec nebavíme. Čili tento problém není jenom náboženským problémem.

To, ze problem je predevsim v lidech, na tom se samozrejme shodneme.

ano.

Nejsem si ale jisty, jestli zrovna ateismus muze byt stejne tak ucinnou "rozbuskou", jakou je prave nabozenstvi.

Může. Viz např. různá extremistická hnutí

Ondro,

ad) To co Vy píšete se týká/týkalo jiných socializovaných společností, kteří nevycházejí/nevycházeli z nějakého náboženství. Viz např. v minulosti nacismus - Hitler, komunismus - Stalin. Tyto autority byli tzv. "mluvčí" svých režimů. A za nima potom šlo to "stádo"....

Proto taky říkám, že se stavím proti všem ideologiím. Toto je kreacionistický (náboženský) web. Tady by nemělo smysl se stavět proti fašistům nebo komunistům.

ad) Ano, Vaše subjektivní. Nikterak objektivně doložená skutečnost.

To samozřejmě. I když jsem přesvědčen, že důkazů pravdivosti mého názoru bych dokázal z celého světa snést pěknou hromádku. Zkuste si zagooglit náboženské konflikty ve světě a trochu to projít. Tisíce mrtvých denně. Nemluvím samozřejmě jen o konfliktech křesťanů s někým.

Ondra

Taky nehážu všechny ateisty do jednoho pytle, přesto, že mnoho z nich si neváží života či konají zlo (násilné činy, drogy, špatná výchova dětí,...) a v mnoha případech tyto faktory jsou předávány dalším generacím. Ale prostě i z tohoto problému NETRVRDÍM, NEARGUMENTUJI, že lidé žijící bez Boha (ateisté) jsou všichni špatní. Ne, nehážu je do jednoho pytle.

Ja bych rekl, ze Juru trochu spatne chapes. On se snazi rict spis to, ze nabozenstvi muze zafungovat jako jedna z "rozbusek", treba nejakeho konfliktu atd. Kvuli tomu opakovane upozornuje na to, ze nabozenstvi muze i rozdelovat, stavet lidi proti sobe. A jak spravne podotyka, nevyresilo by se to dokonce ani tim, kdyby nakrasne existovalo pouze jedno jedine nabozenstvi. Porad by se "drobilo" do XYZ ruznych cirkvi, sekt atd...

Tvoje prirovnani miri nekam trochu jinam. To, ze problem je predevsim v lidech, na tom se samozrejme shodneme. Pokud jednou nekdo chce/je toho schopen konat "zlo", muze se "chytit" jak nabozenstvi, tak neceho jineho. Pokud jednou nekdo chce/je toho schopen konat "dobro", tak mu v tom nabozenstvi muze pomoct a inspirovat ho, stejne jako rada lidi muze konat "dobro" i kdyz jsou neverici a zadne konkretni vyznani nevyznavaji. Nejsem si ale jisty, jestli zrovna ateismus muze byt stejne tak ucinnou "rozbuskou", jakou je prave nabozenstvi. Jakoze panovnik A zastava jine ateisticke nazory nez panovnik B a tak svola ateistickou vypravu a pujde mu to s armadou pekne vysvetlit. Jestli chapes kam mirim.

Obrázek uživatele Ondra.

Jura

Každá církev má ale své představitele nebo mluvčí. Nějaké své autority. To, co oni veřejně říkají, pak charakterizuje danou církev. Danou církev taky charakterizují zastávaná dogmata a jejich nějaká svatá kniha a pak také chování, jako skupiny.

Takové případy jsou, nicméně to ale není obecně všude. To co Vy píšete se týká/týkalo jiných socializovaných společností, kteří nevycházejí/nevycházeli z nějakého náboženství. Viz např. v minulosti nacismus - Hitler, komunismus - Stalin. Tyto autority byli tzv. "mluvčí" svých režimů. A za nima potom šlo to "stádo"....
Nebo v současnosti máme např. hooligans či různá hnutí potlačující lidská práva, kde dotyční jsou rovněž organizováni určitými pravidly.

A mé přesvědčení prostě je, že náboženství obecně je škodlivé pro společnost. Že přináší více škody než užitku a nebo k takovému stavu směřuje.

Ano, Vaše subjektivní. Nikterak objektivně doložená skutečnost.

Ondro,

ad) Váš problém je v tom, že všechny tyto prvky hážete spolu s obecně věřícíma do jednoho pytle.

Možná to tak vypadá, ale nehážu. Nikdy jsem neřekl, že všichni věřící jsou špatní. Slovy např.: "...Jenže vy se stavíte, jako byste stáli proti sobě.." jsem určitě nemyslel, že to platí pro každého věřícího jednotlivě. Každá církev má ale své představitele nebo mluvčí. Nějaké své autority. To, co oni veřejně říkají, pak charakterizuje danou církev. Danou církev taky charakterizují zastávaná dogmata a jejich nějaká svatá kniha a pak také chování, jako skupiny. Třeba katolíci a protestanti v Severním Irsku.
A mé přesvědčení prostě je, že náboženství obecně je škodlivé pro společnost. Že přináší více škody než užitku a nebo k takovému stavu směřuje.

Obrázek uživatele Šriber

Ondra

Dělat ale nějaké velké závěry z určitých podobností je ale nesmyslnné.

Můj závěr zní, že Nosotonda je fanatik, pro což hovoří fakt, že má společné znaky s jinými fanatiky, včetně těch, kteří mají naprosto odlišné vyznání. Na tomto závěru není nic nesmyslného...

Řešil jsem tzv. škatulkování či házení do jednoho pytle.

Však právě o to se jedná. A taky o poměřování dvou množin různé úrovně...

"Co jste zač?", zeptal se Erich postavy zahalené tmou.
"Říkají mi Šriber", zněla odpověď.

Customize This