https://bodybydarwin.com
Slider Image

Bruke evolusjonær fitness for å forstå antibiotikaresistens

2021

Wikipedia; Modifikasjoner: Jason Tetro

I kjølvannet av Antibiotic Awareness Week er den globale krisen for antibiotikaresistens nok en gang blitt satt i søkelyset. Årets kampanje har vært spesielt vanskelig ettersom vi blir mer og mer klar over den post-antibiotiske epoken der vi kanskje ikke lenger kan bruke disse kritiske medisinene for å redde liv. Ettersom samtalene for å redusere både misbruk og overforbruk hos publikum overhører overskriftene, i laboratorier over hele verden, fortsetter fokuset å være å forstå hvordan bakterier blir resistente.

Nøkkelen til antibiotikaresistens har fokusert nesten utelukkende på evolusjon på genetisk nivå. På grunn av den utrolige hastigheten som bakteriene formerer seg og deler seg, kan evolusjonen skje i løpet av noen dager. Det er flere måter å oppnå dette på; på det enkleste mekanistiske nivået blir DNA endret slik at det kan øke en resistent versjon av et protein målrettet med antibiotika. Når denne utviklingen skjer, vil fremtidige generasjoner være i stand til å motstå behandling. Tilsett nok av disse forskjellige evolusjonsmomentene, og en bakterie kan bli multi- eller ekstremmedisinsk resistent eller, i noen tilfeller, pannebestandig, der ingen antibiotikabehandling er effektiv.

Å forstå motstandens evolusjonsdynamikk er en sentral nødvendighet for å kunne finne ut måter å motvirke eller i det minste stoppe prosessen på. Dette oppnås best på laboratoriet. Her kan en bakterie trenes til å være antibiotikaresistent slik at forskere kan bestemme akkurat hvilke stimuli som tvinger de evolusjonsprosessene.

Det meste av tiden er antibiotikaet i seg selv, men andre faktorer kan forbedre omstendighetene og øke sannsynligheten for en overgang fra antimikrobiell mottakelighet til toleranse. Å definere disse triggerne er ikke helt enkelt uten en riktig modell på plass. Det er gjort mange forsøk, men resultatene har vanligvis variert avhengig av bakterien og medisinene som er brukt. I hovedsak er det ikke utviklet noen ordentlig modell for å omfatte alle aspekter av motstand.

Nå kan det være håp for et bedre universelt perspektiv på motstandsutvikling. Forrige uke utviklet et europeisk team av forskere en ny metode for å identifisere determinantene for resistensevolusjonen. Ved hjelp av en modell kalt distribusjon av kondisjonseffekter (DFE) kunne teamet lære hvordan en bakterie reagerer på antibiotikabehandling og om noen evolusjonsendringer ikke bare motstand kan bidra til total overlevelse.

Gruppen så på Escherichia coli for sine eksperimenter. Det er en raskt voksende bakterie med evnen til å utvikle seg raskt. Det er også kjent å utvikle resistens mot en rekke forskjellige antibiotika. For teamet var dette det perfekte testemnet for deres analyse.

Selve eksperimenteringen innebar å utsette E. coli for åtte forskjellige antibiotika i forskjellige doser. Målet var å utvikle en doseresponskurve og identifisere effektive konsentrasjoner for utvikling av resistens. Når dette var oppnådd, begynte teamet å se nærmere på hvordan bakteriene endret seg både på genetisk og metabolsk nivå.

Ikke overraskende, da dataene kom tilbake, varierte DFE betydelig for bakterien avhengig av antibiotika. Dette var forventet. Men en virkelig overraskelse kom i evnen til å forutsi variasjonen. Evolusjonsendringene var avhengig av antibiotikadose og kunne kvantifiseres ved å bruke en ganske enkel matematisk formel. I hovedsak var utviklingen av resistens utelukkende relatert til antibiotikumet.

Da teamet så nærmere på hva som skjedde på genetisk nivå, merket de imidlertid variasjon i måten E. coli responderte på forskjellige antibiotika. Noen, som nitrofurantoin, hadde liten varians i resistens. Bakteriene var enten resistente i samme grad eller ikke resistente i det hele tatt. Som for andre var det langt mer mangfold i nivået på motstand.

For forfatterne antydet dataene veien til resistens for E. coli mot nitrofurantoin fulgte bare en spesifikk bane mens motstand mot de andre medisinene krevde en rekke evolusjonære trinn. Da gruppen undersøkte hele genomet til bakteriene, ble teorien deres bekreftet. For nitrofurantoin var det en svært reproduserbar rute. For de andre antibiotikaene ble flere forskjellige evolusjonsendringer lagt merke til, som alle ga viss resistens.

Forfatterne antyder at DFE kan være en veldig god måte å avgjøre i laboratoriet om et antibiotikum vil være effektivt i felt. Resultatene med nitrofurantoin som bare har en vei mot resistens i laboratoriet, korrelerer fint med det lave nivået av resistens hos mennesker. På grunn av de forskjellige evolusjonsalternativene, kan resistens forekomme raskere; dette har også blitt sett i den virkelige verden.

Når det gjelder fremtiden for antibiotika, må vi forstå at alle nye tilsetninger til arsenalet har en bestemt levetid for bruk som et resultat av resistens. Men takket være denne spesielle studien kan vi kanskje finne antibiotika som gir langt mindre potensiale for å utvikle toleranse. Med DFE som guide, kan vi til og med finne medisiner som bakterier rett og slett ikke kan unndra seg, og dermed bevare antibiotika våre inn i fremtiden og holde den post-antibiotikatiden.

Jordens magnetiske pol beveger seg raskere enn forventet

Jordens magnetiske pol beveger seg raskere enn forventet

Var det å stirre på formørkelsen skade øynene mine?

Var det å stirre på formørkelsen skade øynene mine?

58 prosent avslag på en quadcopter-drone og andre gode tilbud som skjer i dag

58 prosent avslag på en quadcopter-drone og andre gode tilbud som skjer i dag