Hvordan bakterier 'fungerer som en' for at undslippe antibiotika
Ny forskning zoomer ind på Pseudomonas aeruginosa at afdække en strategi, som lægemiddelresistente bakterier bruger for at undgå antibiotika. Resultaterne kan hjælpe med at gøre antibiotika mere effektive.
Jean-Louis Bru, fra afdelingen for molekylærbiologi og biokemi ved University of California, Irvine, er den første forfatter til den nye undersøgelse, der vises i Tidsskrift for bakteriologi.
Bru og kolleger fokuserede deres forskningsindsats på Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), en type bakterier, der primært angriber mennesker med cystisk fibrose.
Cystisk fibrose er en arvelig respiratorisk tilstand, hvor lungerne producerer mere slim, end de burde. Det påvirker omkring 30.000 mennesker i USA.
P. aeruginosa er også til stede i sundhedsmæssige omgivelser, og bakterien kan sprede sig gennem forurenet vand, jord, hænder, udstyr og andre overflader. Bakterien kan føre til postoperative infektioner i blodet eller andre dele af kroppen samt forårsage lungebetændelse.
P. aeruginosa er en af de farligste bakterietyper.
I forbindelse med den folkesundhedskrise, der er antibiotikaresistens, placerede Verdenssundhedsorganisationen (WHO) P. aeruginosa på listen over "prioriterede patogener" - det vil sige de 12 bakterier, der er mest farlige for menneskers sundhed, fordi de er blevet resistente over for de lægemidler, som læger ofte brugte til at bekæmpe dem.
WHO delte disse 12 bakterier op i "kritisk", "høj" og "medium" prioritet P. aeruginosa som kritisk på grund af dets resistens over for gruppen af antibiotika kaldet carbapenemer.
For kun 2 uger siden anså Centers for Disease Control and Prevention (CDC) også P. aeruginosa en "alvorlig trussel", der placerer den på deres liste over højt prioriterede patogener.
I dette bredere billede er forskning som den undersøgelse, som Bru og kolleger har gennemført, afgørende for både forståelse af bakteriers forsvarsmekanismer og tackle infektioner mere effektivt.
Bakterier fungerer som 'en samlet organisme'
I den nye undersøgelse undersøgte forskerne væksten og spredningen af bakterier i petriskåle og genskabte et miljø svarende til det i slimhinderne, der muliggør P. aeruginosa at trives i cystisk fibrose.
Her testede holdet effekten af antibiotika og bakteriofager på "sværmning", hvilket er den evne, som bakterier har til at bevæge sig kollektivt. Bakteriofager er vira, der inficerer og angriber bakterier indefra.
Blanding af antibiotikum gentamicin med P. aeruginosa sværme afslørede, at bakterierne sender signaler til deres specifikke bakterier, advarer dem om faren og sætter dem i stand til at undgå den.
Det Pseudomonas bakterier gør dette ved at udskille den Pseudomonas quinolone signaling (PQS) molekyle, skriv forfatterne. De forklarer: "Disse mekanismer har den samlede effekt af at begrænse infektionen til en underpopulation, hvilket fremmer overlevelsen af den samlede befolkning."
Studie medforfatter Nina Molin Høyland-Kroghsbo, en assisterende professor ved Institut for Veterinær- og Husdyrvidenskab ved Københavns Universitet i Danmark, kommenterer eksperimenterne og deres fund.
”Vi kan se i laboratoriet, at bakterierne simpelthen svømmer rundt i det” farlige område ”med antibiotika eller bakteriofager. Når de modtager advarselssignalet fra deres indflydelse, kan du se i mikroskopet, at de bevæger sig i en pæn cirkel rundt, ”siger forskeren og henviser til den sværmende bevægelse.
”Det er en smart overlevelsesmekanisme for bakterierne,” fortsætter hun. "Hvis det viser sig, at bakterierne bruger den samme undvigende manøvre, når de inficerer mennesker, kan det hjælpe med at forklare, hvorfor nogle bakterielle infektioner ikke kan behandles effektivt med antibiotika."
”Det er ganske fascinerende for os at se, hvordan bakterierne kommunikerer og ændrer adfærd, så hele bakteriepopulationen kan overleve. Du kan næsten sige, at de fungerer som en samlet organisme. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
Bane vejen for mere effektive antibiotika
I en sammenkædet redaktionel kommenterer Julia C. van Kessel betydningen af resultaterne og siger det P. aeruginosa'Evne til at påvirke en gruppes adfærd, såsom sværme som reaktion på stress, er et "unikt" fund. Dette førte til, at undersøgelsesforfatterne mønter udtrykket "kollektiv stressrespons", skriver van Kessel.
Undersøgelsesforfatterne kommenterer også måder, hvorpå deres fund i sidste ende kan hjælpe med at tackle krisen mod antibiotikaresistens.
Selvom der er meget mere arbejde at gøre, før resultaterne fører til udvikling af nyttige behandlinger, vil det næste forskningstrin være at finde måder at forstyrre bakteriens PQS-signalering.
Resultaterne "[rydder] vejen for brugen af stoffer i et forsøg på at forhindre, at advarselssignalet i første omgang sendes ud," siger Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
”Alternativt kan du designe stoffer, der kan blokere for, at signalet modtages af de andre bakterier, og dette kan potentielt gøre behandling med antibiotika eller bakteriofagvira mere effektiv,” tilføjer forskeren.
”Infektioner med denne type bakterier er et stort problem over hele verden med mange indlæggelser og dødsfald. Derfor er vi virkelig glade for at kunne bidrage med ny viden, der potentielt kan bruges til at bekæmpe disse bakterier. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
