Onderzoekers hebben ontdekt dat het verminderen van het gebruik van antibiotica niet voldoende zal zijn om de groeiende prevalentie van antibioticaresistentie voor sommige soorten bacteriën te keren.

Naast het doorgeven van de genen die antibioticaresistentie verlenen aan hun nakomelingen, veel bacteriën kunnen ook onderling genen uitwisselen via een proces dat conjugatie wordt genoemd. Er is al lang een discussie, echter, of dit proces snel genoeg plaatsvindt om zich te verspreiden door een populatie die niet wordt aangevallen door antibiotica.

In een nieuwe studie, onderzoekers van Duke University denken een definitief antwoord op die vraag te hebben gevonden. Door een reeks experimenten met bacteriën die in staat zijn tot conjugatie, ze laten zien dat alle geteste bacteriën genen snel genoeg delen om resistentie te behouden. Ze laten ook zien, echter, dat er manieren zijn om het proces te verstoren en antibioticaresistentie om te keren.

De resultaten verschijnen op 22 november online in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"De resultaten kwamen als een verrassing voor mij toen ik de gegevens voor het eerst zag, " zei Lingchong You, de Paul Ruffin Scarborough Associate Professor of Engineering aan de Duke University en de corresponderende auteur op het papier. "Voor alle bacteriën die we hebben getest, hun vervoegingssnelheid is voldoende snel dat, zelfs als u geen antibiotica gebruikt, de resistentie kan worden gehandhaafd — zelfs als de genen hoge kosten met zich meebrengen."

De meeste resistentie tegen antibiotica ontstaat en verspreidt zich door natuurlijke selectie. Als een paar geluksbacteriën genen hebben die hen helpen een antibioticakuur te overleven, ze zorgen snel voor de volgende generatie en geven die genen door.

Veel van deze genen, echter, komen tegen een vergoeding. Bijvoorbeeld, een mutatie kan een bacterie in staat stellen een dikker membraan te bouwen om een ​​bepaald antibioticum te overleven, maar die mutatie kan het ook moeilijker maken voor de cel om zich voort te planten. Zonder de selectieve druk van antibiotica die de concurrentie doodt, bacteriën met deze mutatie zouden na verloop van tijd moeten verdwijnen.

Maar wanneer de genen die verantwoordelijk zijn voor resistentie ook kunnen worden uitgewisseld tussen cellen, de vergelijking wordt ingewikkelder. In het voordeel van het in stand houden van de resistentie is de snelheid waarmee de genen worden gedeeld. Daartegen werken de eerder genoemde biologische kosten van de genen, en het natuurlijke foutenpercentage in genen wanneer ze worden doorgegeven.

"Er zijn enkele studies geweest over hoe cruciaal conjugatie is om weerstand te behouden, ondanks de kosten, maar er was een gebrek aan zorgvuldige en goed gedefinieerde experimenten om tot definitieve conclusies te komen, " zei You. "Daar heeft Allison een centrale bijdrage aan geleverd. Haar ongelooflijk grondige metingen stellen ons in staat om met veel vertrouwen onze conclusies te trekken."

Allison Lopatkin, een doctoraatsstudent in You's laboratorium en eerste auteur van het artikel, zorgvuldig gemeten de snelheid van conjugatie en antibioticaresistentie in pathogenen gedurende meer dan een maand. De stammen zijn verkregen via een parallel project met Duke Health, waarin U probeert vast te stellen hoe vaak vervoeging onder ziekteverwekkers voorkomt.

Tot dusver, Je hebt ontdekt dat meer dan 30 procent van de bacteriële pathogenen die hij heeft getest resistentie verspreiden door middel van conjugatie. En daarvan, negen werden verder getest door Lopatkin om te zien hoe goed ze hun weerstand zouden behouden bij afwezigheid van antibiotica.

"Elke klinische stam die we hebben getest, behield zijn resistentie door conjugatie, zelfs zonder de selectieve druk van antibiotica, ' zei Lopatkin.

De resultaten geven aan dat - althans voor bacteriën die resistentiegenen verwisselen - alleen het beheersen van de hoeveelheid antibiotica die wordt gebruikt, het tij niet zal keren op het groeiende probleem van resistentie. Om enige vooruitgang te boeken, volgens jou en Lopatkin, er zullen ook medicijnen nodig zijn die zowel het delen van genen stoppen als de snelheid waarmee ze via reproductie worden doorgegeven, verminderen.

Gelukkig, dergelijke medicijnen bestaan ​​al, en er zijn er misschien nog veel meer die wachten om ontdekt te worden.

"We hebben dezelfde experimenten gedaan met een medicijn waarvan bekend is dat het conjugatie remt en een ander dat aanmoedigt dat resistentiegenen verloren gaan, " zei Lopatkin. "We ontdekten dat we zonder de aanwezigheid van antibiotica de resistentie van de bacteriën konden omkeren in vier van de pathogenen die we hebben getest en dat we konden voorkomen dat deze zich in de rest verspreidde."

Een van de medicijnen is een goedaardig natuurproduct en de tweede is een door de FDA goedgekeurd antipsychoticum. Hoewel het team een ​​voorlopig patent heeft aangevraagd voor het gebruik van de combinatie om antibioticaresistentie om te keren, ze hopen dat toekomstig werk nog betere opties zal onthullen.

"Als volgende stap we zijn geïnteresseerd in het identificeren van aanvullende chemicaliën die deze rollen effectiever kunnen vervullen, " zei jij. "Historisch gezien, toen onderzoekers enorme bibliotheken screenden op medicijnen, ze concentreerden zich op medicijnen die de bacteriën kunnen doden. Maar wat onze studies suggereren, is dat er een heel nieuw universum is waar je nu kunt screenen op andere functies, zoals het vermogen om conjugatie te blokkeren of het verlies van resistentiegenen te induceren. Deze chemicaliën, eens bewezen veilig, kan dienen als adjuvans van de standaard antibioticabehandeling, of ze kunnen worden toegepast in een omgevingsomgeving als een manier om de verspreiding van antibioticaresistentie in het algemeen te beheersen."