Persistentie is een fenomeen dat wordt vertoond door een kleine subpopulatie van bacteriële cellen binnen een grotere bacteriële populatie, waardoor ze een antibioticabehandeling kunnen overleven. Deze persistente cellen zijn niet genetisch resistent tegen antibiotica, maar kunnen gedurende langere perioden blootstelling aan antibiotica verdragen. Hier zijn verschillende mechanismen waarmee persistente bacteriën antibiotica kunnen vermijden:

1. Langzame groei of kiemrust:

- Sommige bacteriën kunnen in een toestand van langzame groei of rusttoestand terechtkomen als reactie op antibioticastress. In deze toestand hebben ze een verminderde metabolische activiteit, waardoor ze minder vatbaar zijn voor antibiotica die zich richten op actief groeiende cellen.

2. Effluxpompen:

- Bacteriën kunnen effluxpompen bezitten, dit zijn membraaneiwitten die antibiotica actief uit de cel transporteren. Deze pompen kunnen de intracellulaire antibioticaconcentraties verlagen, waardoor de effectiviteit ervan afneemt.

3. Veranderde permeabiliteit van het buitenmembraan:

- Veranderingen in de structuur en samenstelling van het bacteriële buitenmembraan kunnen de toegang van antibiotica tot de cel beperken. Dit kan gebeuren door modificaties zoals verminderde porine-expressie, verhoogde productie van exopolysachariden of veranderingen in de samenstelling van membraanlipiden.

4. Biofilmvorming:

- Bacteriën kunnen beschermende gemeenschappen vormen die biofilms worden genoemd, waar ze zijn ingebed in een zelfgeproduceerde matrix van extracellulaire polymere stoffen (EPS). Biofilms fungeren als fysieke barrières die de penetratie van antibiotica belemmeren en de omsloten cellen beschermen tegen antibiotische werking.

5. Toxine-antitoxinesystemen:

- Sommige bacteriën hebben toxine-antitoxine (TA)-systemen, dit zijn genetische modules die bestaan ​​uit een stabiel toxine en een labiel antitoxine. Onder normale omstandigheden neutraliseert het antitoxine de activiteit van het toxine. Bij blootstelling aan antibiotica wordt het antitoxine echter afgebroken, waardoor het toxine vrijkomt, wat de celgroei en -deling remt, wat leidt tot een slapende toestand.

6. Metabolische aanpassingen:

- Persistente bacteriën kunnen metabolische aanpassingen hebben waardoor ze antibioticadoelen kunnen omzeilen of overwinnen. Sommige bacteriën kunnen bijvoorbeeld alternatieve metabolische routes gebruiken om door antibiotica geremde stappen te omzeilen.

7. Quorumdetectie:

- Quorum-sensing is een cel-tot-cel-communicatiemechanisme dat door bacteriën wordt gebruikt om genexpressie te coördineren op basis van de bevolkingsdichtheid. Bepaalde antibiotica kunnen quorum-sensing veroorzaken, wat leidt tot de activering van antibioticaresistentiegenen of de vorming van beschermende structuren.

8. Heterogeniteit van de subpopulatie:

- Bacteriële populaties kunnen fenotypische heterogeniteit vertonen, waarbij verschillende subpopulaties verschillende antibioticagevoeligheidsprofielen hebben. Persistente cellen kunnen een subpopulatie vertegenwoordigen met inherente tolerantie voor antibiotica.

9. Stressreacties:

- Bacteriën kunnen bij blootstelling aan antibiotica verschillende stressreactieroutes activeren, wat leidt tot de productie van beschermende factoren die de overleving verbeteren. Deze reacties kunnen betrekking hebben op de opregulatie van genen die verband houden met DNA-reparatie, ontgifting en antioxidantafweer.

Persistente bacteriën vormen aanzienlijke uitdagingen bij de behandeling van chronische en recidiverende infecties. Het begrijpen van de mechanismen van persistentie is cruciaal voor het ontwikkelen van strategieën om antibioticaresistentie te overwinnen en de behandelresultaten te verbeteren.