Kategorie:

Oporność na antybiotyki poważnym zagrożeniem. Czym jest antybiotykooporność i jak chronić antybiotyki?

Pierwszy antybiotyk – penicylina – został zidentyfikowany w roku 1928 przez szkockiego lekarza, Alexandra Fleminga. Badacz zdobył nagrodę Nobla z dziedziny medycyny lub fizjologii za to przełomowe odkrycie. Było to niezwykle ważne, ponieważ zakażenia bakteryjne bez leków antybiotycznych wiązały się wówczas często z poważnymi powikłaniami i dużym ryzykiem śmierci. Dodajmy do tego, że sto lat temu i wcześniej standardy sanitarne, higieniczne i antyseptyczne były na dużo niższym poziomie, co dodatkowo sprzyjało infekcjom i jednocześnie dodawało powagi wynalezieniu penicyliny.
antybiotykooporność
Antybiotykooporność widoczna na hodowli bakterii. Autor: dr Graham Beards, Wikimedia

Antybiotyki, bakterie i antybiotykooporność

Antybiotyki mogą działać na różne
sposoby i odmienne grupy bakterii. W związku z tym słowo to jest bardzo ogólne
i jednoczy się w haśle „działanie antybakteryjne” (a czasem stosowane jest
szerzej, także w odniesieniu do działania antygrzybicznego, antyalgowego czy
nawet przeciwpierwotniakowego). Bakterie, tak jak rośliny i grzyby, a w
przeciwieństwie do zwierząt, posiadają ścianę komórkową. Niektóre antybiotyki
działają poprzez hamowanie jej budowy. Skuteczność innych jest efektem zmiany w
przepuszczalności bakteryjnej błony komórkowej bądź zakłócania syntezy DNA, RNA
czy też białek. Bakterie giną przez brak ochrony albo ze względu na niemożność
namnażania się ich populacja wymiera.
Bakterie, podobnie do innych
organizmów żywych oraz wirusów, są zdolne do ewolucji. Poza drogą mutacji mogą
nabywać nowe cechy lub ulepszać stare także poprzez wymienianie się plazmidowym
materiałem genetycznym nawet z komórkami bakteryjnymi należącymi do zupełnie
innych gatunków. Bardzo często właśnie w ten sposób zdobywają cechy pozwalające
na rozkładanie antybiotyku i tym samym uchronienie się przed nim. Utrwalenie
się ich możliwe jest dzięki nadużywaniu antybiotyków w praktyce medycznej, ale
także w chowie zwierząt, gdzie antybiotyki stosowane są nie tylko jako leki
przeciwbakteryjne, lecz również jako środki zwiększające masę ciała.

plazmid oporność na antybiotyki
Mikrografia elektronowa chromosomu bakteryjnego (większa pętla) i plazmidu (mniejsza pętla).
Za: National Institute of Health

Antybiotykooporność –
mechanizmy ochrony bakterii

Mechanizmy umożliwiające bakteriom
antybiotykooporność mogą być różne. Jednym z nich jest „rozbrajanie”
antybiotyków beta-laktamowych (takich jak penicylina czy cefalosporyna) poprzez
produkowane przez bakterie enzymy – beta-laktamazy. Inna strategia to zmiana
bakteryjnego białka wiążącego penicylinę lub synteza białek chroniących
bakterię i jej aparat replikacyjny przed antybiotykiem. Bakterie mogą też
ograniczać wchłanialność antybiotyku, zmniejszając dawkę, jaka na nie działa.
Bakterie wysoce odporne na
antybiotyki nazywa się również superbakteriami. Jednymi z powszechniej znanych
przykładów są gronkowiec złocisty oporny na metycylinę, nazywany skrótowo MRSA
(ang.-łac. methycillin-resistant Staphylococcus aureus) oraz bakterie z
genem New Delhi (w skrócie NDM – ang. New Delhi metallo-β-lactamase).
MRSA wykorzystuje wspomniany mechanizm polegający na produkcji nowych białek
(warto podkreślić liczbę mnogą, gdyż nowych, uodparniających na antybiotyki białek
jest wiele, wśród różnych bakterii), które nie wiążą się z antybiotykami
beta-laktamowymi, dzięki czemu MRSA jest na nie odporny. Bakterie NDM z kolei są
zdolne do syntezy metalo-β-laktamaz, co pozwala na rozkładanie szkodzącego im
leku. Dla przeciętnego zjadacza chleba najważniejsza jest jednak informacja, że
bakteria oporna na antybiotyki może wywołać błahą infekcję, która doprowadzi do
poważnych powikłań, a nawet śmierci. Dlatego problem z superbakteriami jest
taki poważny, a w perspektywie kilku i więcej lat, może okazać się istotniejszy
niż obecna pandemia koronawirusa SARS-CoV-2.

gronkowiec złocisty MRSA
Mikrografia elektronowa (koloryzowana) neutrofila ludzkiego fagocytującego gronkowca MRSA.
Za: National Institute of Health

Oporność na antybiotyki – z
czego wynika?

Antybiotykooporność nie wzięła
się znikąd. O jej źródle można mówić w różnych kategoriach i kontekstach. Zasadniczo
materiał genetyczny bakterii ewoluuje. Zachodzą w nim mutacje, które czasem są
przydatne i przy odrobinie szczęścia ze strony dryfu genetycznego lub presji
pochodzącej z doboru naturalnego, mogą się rozprzestrzenić w populacji. W
przypadku bakterii istotnym aspektem jest również to, że taką nową cechę
przekazywać sobie mogą nie tylko pionowo – z pokolenia na pokolenie – ale także
poziomo, horyzontalnie. Co to dokładnie oznacza? Bakterie wymieniają się
fragmentami plazmidów (dodatkowych, kolistych cząsteczek DNA zawierających geny
pomagające przetrwać w określonym środowisku, np. geny oporności na antybiotyki
czy metale ciężkie), przekazując sobie sekwencje genów kodujących nowe białka,
które nie wiążą się z beta-laktamowymi antybiotykami czy enzymy rozkładające
antybiotyki. To taka inżynieria genetyczna, naturalne GMO w wykonaniu mikrobów.
Przeczytaj także: Co
to są biobanki?
Na poziomie biologicznym muszą
więc zajść odpowiednie mutacje i rozprzestrzenić się, czy to przypadkiem (dryf
genetyczny) czy przez odpowiedni nacisk selekcji naturalnej (dobór naturalny).
Jednak w kontekście medycyny, zdrowia publicznego, technologii żywienia,
rolnictwa i chowu, problem wygląda nieco inaczej. Środowisko sprzyjające
ewolucji oporności na antybiotyki u bakterii stwarzamy my, stosując na masową
skalę antybiotyki w gospodarce oraz nadużywając ich w leczeniu lekkich czy
niebakteryjnych chorób. Dodatkowo znaczenie ma też branża suplementów diety i
producenci probiotyków. Bakterie probiotyczne celowo i świadomie są produkowane
tak, by były oporne na antybiotyki, bo to czyni je skuteczniejszymi w okresie
antybiotykoterapii. Jednocześnie sprawia, że geny oporności na antybiotyki
jeszcze szybciej i łatwiej rozprzestrzeniają się w środowisku, ponieważ „dobre”
bakterie probiotyczne mogą przekazać geny antybiotykooporności bakteriom
chorobotwórczym.

antybiotyki Alexander Fleming
Alexander Fleming. Za: Calibuon, English Wikibooks

Oporność na antybiotyki: przeciwdziałanie
i poszukiwanie rozwiązań

Dla rozwiązania lub chociaż
zmniejszenia problemu, jakim jest antybiotykooporność, podejmowane są różnego
typu działania. U podstaw dzielą się na przeciwdziałanie rozprzestrzeniania się
genów oporności na antybiotyki wśród bakterii oraz na poszukiwanie nowych
antybiotyków lub ich zamienników. Cele są więc następujące: zmniejszenie
liczebności bakterii antybiotykoopornych w środowisku i znalezienie nowych
leków zabijających bakterie (oporne na antybiotyki, ale nie tylko te).
Dodatkowe znaczenie ma edukacja w
zakresie higieny rąk – nawet antybiotykooporne bakterie nie przetrwają, jeśli
potraktujemy je (kiedy są na skórze) dokładnym myciem wodą z mydłem – oraz
zażywania przypisanych już antybiotyków według zaleceń (trzeba skończyć
opakowanie, nawet jeśli czujemy się już dobrze; jeśli wyczerpiemy schemat
leczenia zapisany przez lekarza i coś nam zostanie, powinno się zanieść resztę
do apteki bez zostawiania „na potem”). Istotne są też działania polityczne,
ponieważ to politycy decydują o tym, jakie leki mogą być sprzedawane bez
recepty. Tak się składa, że popularna w Polsce furazydyna (furgaina) o
działaniu przeciwbakteryjnym jest sprzedawana bez przypisu lekarza, co naukowcy
i eksperci uznają
za skandaliczne.

antybiotyk penicylina
Budowa chemiczna penicyliny. Model Dorothy Hodgkin, noblistki w dziedzinie chemii.
Za: Science Museum London, Science and Society Picture Library

Programy ochrony antybiotyków przeciwko
antybiotykooporności

Odpowiedzialni politycy i
urzędnicy podejmują decyzje o ochronie antybiotyków na obszarze swojego kraju.
W wielu państwach – w tym w UE – robi się to już od lat. Niestety w Polsce nie
ma żadnego spójnego, systemowego programu przeciwdziałania rozprzestrzeniania
się antybiotykoodporności, co potwierdził
również raport Najwyższej Izby Kontroli opublikowany w połowie 2019 roku. Jeśli
takowy szybko nie powstanie, infekcji opornych na leczenie będzie coraz więcej.
Liczba osób z zakażeniami superbakteryjnymi będzie rosnąć, podobnie jak liczba
zgonów wynikających z takich infekcji. Fakt, że Komisja Europejska nie ma
narzędzi prawnych, by zorganizować taki program dla całej UE, nie polepsza
sytuacji.
Choć w szczegółach stworzenie
programu ochrony antybiotyków wymagałoby długiej pracy lekarzy, farmaceutów,
naukowców, urzędników i polityków, to można go scharakteryzować krótko w
ogólnych zarysach. Z pewnością musiałby uwzględniać regularne szkolenia dla
wszystkich lekarzy rodzinnych z zakresu stosowania poszczególnych antybiotyków,
na których przedstawiano by stworzone wcześniej procedury postępowania,
ułatwiające lekarzom podejmowanie decyzji. Ostatecznie program powinien
prowadzić do wyraźnego ograniczenia stosowania antybiotyków, nie tylko w
medycynie, lecz również w weterynarii i chowie zwierząt. Dobrze by było, aby
trend ograniczania antybiotykoodporności szedł w parze z lepszym finansowaniem
badań naukowych dotyczących antybiotyków.

oporność na antybiotyki
Jakość monitoringu oporności na antybiotyki w Unii Europejskiej.
Za: Europejskie Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób (ECDC), z późn. zm.

Nowe antybiotyki i inne środki
przeciwbakteryjne (bakteriofagi)

Zacznę od końca, czyli od innych
niż nowe antybiotyki środkach przeciwbakteryjnych. Przede wszystkim szczepienia
– dzięki temu, że uodparniają immunologicznie na rozmaite choroby, także
bakteryjne, przyczyniają się do ograniczenia stosowania antybiotyków. Brak
choroby to brak potrzeby zażycia leku. Również naprzemienne stosowanie różnych
antybiotyków spowalnia
ewolucję bakterii w kierunku antybiotykoodporności. Istnieje też trend do tego,
aby zastępować antybiotyki bakteriofagami – wirusami atakującymi bakterie, a
nieszkodliwymi dla człowieka. Nie jest to jednak wykorzystywane na szeroką
skalę.
Przeczytaj także: Po co badać
niesporczaki?
Wreszcie, poszukiwane są także
nowe antybiotyki, które byłyby skutecznie zabójcze dla bakterii i podlegałyby
od samego początku ochronie przed nabyciem na nie przez bakterie
antybiotykooporności. Niestety rozwój tej dziedziny farmakologii mocno w XXI
wieku wyhamował – odkrycia nowych antybiotyków nadających się do leczenia ludzi
są coraz rzadsze. Akcjonariusze wielkich firm farmaceutycznych (np. Pfizera)
niezadowoleni ze stosunkowo niewielkich zysków pochodzących z badań nad nowymi
antybiotykami wpłynęli na firmy, by te zamknęły swoje programy antybiotykowe,
zwolniły tysiące pracowników chemicznych, biologicznych czy biotechnologicznych
i poprzenosiły się częściowo do Chin, o czym alarmował
portal medyczny „MedPage Today”.

antybiotyki
Antybiotyki. Za: Grzegorz Skibka, Pixabay

Z drugiej strony z pomocą
przychodzi sztuczna inteligencja i jej uczenie maszynowe. Dzięki niej udało się niedawno odkryć nowy, potencjalny antybiotyk – halicynę. Takie
podejście pozwala na szybkie odkrywanie nowych leków i nie wymaga pracy
laboratoryjnej od samego początku procesu. Dotyczy ono nie tylko antybiotyków
ani nawet nie tylko leków, lecz także badania wpływu poszczególnych substancji
znajdujących się w żywności na zdrowie ludzkie.
Do wyszkolenia sztucznej
inteligencji i wykorzystania jej umiejętności w celu poszukiwania nowych
potencjalnych leków potrzebne są ogromne zastępy danych (korzysta się z nich
oczywiście nie tylko w ramach działań związanych z algorytmami, ale również
podczas bardziej tradycyjnych badań naukowych). Gromadzone są w rozmaitych
bazach danych, zawierających rekordy dla białek czy kwasów nukleinowych. Zdarza
się, że zdeponowane w nich informacje pochodzą ze źle przeprowadzonej
pracy chemików i są po prostu błędne. Istnieją jednak naukowcy, którzy zajmują
się poprawianiem tego, co nie zostało wykonane prawidłowo i robią to z
korzyścią dla rozwoju wielu dziedzin nauki oraz medycyny.

oporność na antybiotyki
Badanie wrażliwości na antybiotyk. Za: Peqsels
Działaniami takimi zajmuje się
m.in. wybitny polski chemik i krystalograf, prof. Mariusz Jaskólski z Wydziału
Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu (UAM). Poznański chemik wraz z innymi badaczami weryfikuje
zamieszczone w bazie danych Protein Data Bank informacje i poprawia, jeśli coś
nie gra. Jego badania naukowe o zasięgu i znaczeniu międzynarodowym są istotne
również w kontekście antybiotyków i poszukiwania nowych środków
antybakteryjnych. Dlaczego?
Prof. Jaskólski i jego naukowi
współpracownicy (m.in. dr Joanna Raczyńska z poznańskiego oddziału PAN) zajął
się sprawdzeniem jakości danych zapisanych w Protein Data Bank, odnoszących się
do metalo-β-laktamaz. Ich prawidłowość jest niezbędna do tego, aby poszukiwania
nowych antybiotyków czy inhibitorów enzymów bakteryjnych chroniących przed
antybiotykami mogły być wydajne. Potrzebna jest bowiem zgodna z rzeczywistością
informacja o budowie danego enzymu, aby można było komputerowo sprawdzić czy
potencjalny, sprawdzany związek chemiczny nadawałby się na antybiotyk skierowany
przeciwko temu enzymowi.
Zespół naukowców z udziałem prof.
Mariusza Jaskólskiego z Wydziału Chemii
Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu zbadał zatem zapisy
metalo-beta-laktamaz we wspomnianej białkowej bazie danych. Ich wyniki zostały
opublikowane w fachowym, międzynarodowym czasopiśmie naukowym „Drug Resistance
Uprades”. Polscy i amerykańscy naukowcy pokazali w nich, że kilkanaście zdeponowanych
w Protein Data Bank struktur było nieprawidłowych. Dziesięć z nich udało się
poprawić. Pokazali, że w nauce i jej rozwoju ważne jest nie tylko odkrywanie
nowych rzeczy, ale także poprawianie, uaktualnianie czy dopełnianie starych.
Artykuł napisałem we współpracy z Uniwersytetem im. Adama
Mickiewicza w Poznaniu.
Literatura
https://uniwersyteckie.pl/nauka/prof-mariusz-jaskolski-wojna-z-antybiotykoopornoscia
https://www.medpagetoday.com/InfectiousDisease/GeneralInfectiousDisease/24708
https://www.nik.gov.pl/aktualnosci/antybiotyki-i-co-dalej.html
Jadwiga Baj.
„Mikrobiologia”. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2018.
Kim,
Seungsoo, Tami D. Lieberman, and Roy Kishony.
„Alternating
antibiotic treatments constrain evolutionary paths to multidrug resistance.” Proceedings
of the National Academy of Sciences (2014).
Raczynska, Joanna E., et al. „A close look onto
structural models and primary ligands of metallo-
β-lactamases.” Drug
Resistance Updates (2018).
Stokes, Jonathan M., et al. „A deep learning approach
to antibiotic discovery.” 
Cell (2020).

 

Najnowsze wpisy

`

4 myśli w temacie “Oporność na antybiotyki poważnym zagrożeniem. Czym jest antybiotykooporność i jak chronić antybiotyki?

  1. Pierwsze zatajone przypadki zakażenia koronawirusem w Chinach, były już w połowie listopada. W grudniu informowali o tym lekarze, a także niezależni blogerzy w internecie. Jednym z lekarzy, który pierwszy poinforował o koronawirusie był lekarz Li Wenliang. Za to partia komunistyczna, aresztowała lekarza i poddała go torturom – aby zaprzeczył istnieniu koronawirusa. 30 Stycznia bohaterski lekarz Li Wenliang umiera, właśnie na koronawirusa. W swoim testamecie przytacza słowa św. Pawła, "W dobrych zawodach wystąpiłem, bieg ukończyłem, wiary ustrzegłem." 2 List do Tymoteusza 4, 7-8
    Petycja o ukaranie komunistycznych Chin, za ukrywanie prawdy o koronawirusie. https://tiny.pl/tbb4g

  2. Bardzo ważną przyczyną oporności na antybiotyki jest także nadużywanie ich w hodowli zwierząt tzw. "hodowlanych". Dlaczego nic o tym nie ma? Artykuł poza tym bardzo dobry ale pominięcie tak ważnej kwestii to duży błąd.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *