Antybiotykooporność w dobie pandemii
Antybiotykooporność jest narastającym problemem, z którym musi zmagać się współczesna medycyna. Wraz z początkiem pandemii powszechne stało się używanie środków dezynfekcyjnych, które podobnie jak antybiotyki mają działanie bakteriobójcze lub hamują wzrost bakterii. Substancje te łączy również to, że wpływają na nabywanie przez bakterie oporności.
Początki antybiotyków
W 1928 roku Alexander Fleming podczas sprzątania laboratorium zauważył, że na jednej z szalek Petriego z bakteriami gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) wyrosła pleśń (Penicilium notatum). Wokół niej nie występowały jednak drobnoustroje. Wywnioskował wówczas, że grzyb wytwarza substancję uniemożliwiającą bakteriom kolonizację danego miejsca. W ten właśnie sposób odkrył pierwszy antybiotyk – penicylinę.
Alexander Fleming, Ernst Chain i Howard Florey otrzymali Nagrodę Nobla w 1945 roku za pracę nad otrzymywaniem i wykorzystaniem w medycynie penicyliny. Podczas swojej przemowy Fleming poruszył dwie bardzo istotne kwestie, a mianowicie występowanie antybiotyków w przyrodzie oraz fakt, że w przyszłości bakterie mogą stać się oporne na ich działanie.
– To natura wyprodukowała penicylinę, ja ją tylko odkryłem – mówił.
Wykorzystanie i działanie środków bakteriobójczych
Od czasu zastosowania penicyliny odkryto wiele substancji bakteriobójczych i bakteriostatycznych, które stały się powszechne w leczeniu infekcji ludzi i zwierząt, ale także w hodowli zdrowych zwierząt i uprawie roślin. W dobie pandemii zaczęto używać również środków dezynfekcyjnych na masową skalę. Stosowanie ich jest rozpowszechniane nawet w serialach telewizyjnych, gdzie pierwszą czynnością wykonywaną przez postacie po wejściu do pomieszczenia jest dezynfekcja rąk.
Zadaniem antybiotyków, jak i środków dezynfekcyjnych, jest zabijanie lub hamowanie wzrostu oraz namnażania się bakterii. W obu przypadkach działają na patogeny oraz naturalną florę bakteryjną. Łączy je również fakt, że wpływają na nabywanie przez mikroorganizmy genów oporności.
Mechanizmy nabywania oporności
Załóżmy, że Pan X zachorował na zapalenie gardła, wywołane przez paciorkowce. Kupuje penicylinę, jednak przyjmuje tylko część przepisanej przez lekarza dawki. Zbyt niska dawka wystarczyła na to, aby bakterie nauczyły się jej opierać. Następnie od Pana X zaraża się Pani X, rozwija się u niej zapalenie płuc. Leczenie penicyliną nie jest jednak skuteczne, ponieważ paciorkowce te są już oporne. Konieczne jest użycie innego antybiotyku, aby zwalczyć infekcję. Wniosek jest prosty – jeśli używasz antybiotyku, używaj go właściwie.
Proces nabywania oporności od zawsze miał miejsce w przyrodzie, jednak na skutek nadużywania antybiotyków zaczął zachodzić o wiele szybciej. Bakterie podobnie jak wielokomórkowe organizmy przekazują swoje geny z pokolenia na pokolenie. Osobniki potomne otrzymują zestaw genów od swoich rodziców. Mikroorganizmy wykształciły dodatkowo zdolność do przekazywania informacji genetycznej, w tym genów antybiotykooporności na drodze horyzontalnego transferu genów.
Polega on na przenoszeniu np. genów oporności pomiędzy bakteriami tego samego lub różnych gatunków. Można porównać ten fakt np. do wymiany informacji pomiędzy sąsiadami czy znajomymi. W horyzontalnym transferze genów wyróżniamy trzy główne procesy: koniugację – czyli łączenie się dwóch komórek bakterii w celu przekazania informacji z jednej do drugiej; transformację – pobranie materiału genetycznego ze środowiska np. od martwej bakterii oraz transdukcję – kiedy za pośrednictwem wirusa bakteryjnego (bakteriofaga) DNA zostaje przeniesione z osobnika na osobnika.
Jednym z najpowszechniejszych mechanizmów antybiotykooporności nabywanej na drodze horyzontalnego transferu są pompy wyrzutu (efflux). Są to białka w błonie komórkowej, które tworzą kanały umożliwiające wypompowywanie szkodliwych dla komórki związków (w tym antybiotyków).
Inne rozwiązania
Bakterie coraz lepiej i skuteczniej radzą sobie z dostępnymi antybiotykami. Naukowcy od wielu lat mają na uwadze ten problem i szukają innych rozwiązań. Obecnie trwają badania nad wykorzystaniem bakteriofagów oraz nanocząstek w walce z bakteriami. Obiecującym rozwiązaniem problemu antybiotykooporności są również białka przeciwdrobnoustrojowe, których przykładami są AMP i SNAPP.
AMP (Antimicrobal Peptides) to białka pochodzenia naturalnego, pozyskiwane od różnych zwierząt, od bezkręgowców po ptaki czy ssaki oraz od roślin. Wykazują szerokie spektrum działania bakteriobójczego, a mianowicie przeciwko bakteriom Gram dodatnim, Gram ujemnym, wirusom, grzybom oraz pasożytom.
Natomiast SNAPP (Structurally Nanoengineered Antimicrobial Peptide Polymers) są polimerowymi peptydami w kształcie gwiazd lub krótkich łańcuchów, które rozrywają błony komórkowe bakterii. Ta nowa klasa peptydów nie powoduje lekooporności, a zarazem jest bezpieczna do stosowania na ludziach, działanie toksyczne występuje dopiero po 100-krotnym przekroczeniu dawki.
Prawidłowe stosowanie środków przeciwbakteryjnych
Aby antybiotyki były skuteczne, należy przyjmować odpowiednie dawki, gdyż zbyt niskie mogą okazać się niewystarczające dla zabicia i zahamowania rozwoju drobnoustrojów. Należy też kontynuować kurację zgodnie z zaleceniami lekarza. Przerwanie przyjmowania leków lub ich nieregularne zażywanie umożliwia bakteriom poznanie danego czynnika i uzyskanie oporności. Antybiotyki nie powinny być także stosowane, gdy nie jest to konieczne. Istotne jest również przyjmowanie probiotyków, czyli szczepów bakterii naturalnie zamieszkujących przewód pokarmowy.
Dezynfekcja jest ważnym elementem w walce z pandemią, jednak warto pamiętać, że stosowane środki również wpływają na oporność bakterii występujących na różnych powierzchniach. Zgodnie z teorią ewolucji, przetrwają te, które dostosują się do zmian i przekażą swoje geny osobnikom potomnym. Sprawdzonym i zarazem najprostszym sposobem radzenia sobie z bakteriami i wirusami jest często już samo przestrzeganie zasad higieny, czyli stosowanie wody z mydłem.
Bibliografia
1) Letek, M., Alexander Fleming, the discoverer of the antibiotic effects of penicilin,
https://www.researchgate.net/publication/338713193_Alexander_Fleming_The_Discoverer_of_the_Antibiotic_Effects_of_Penicillin, (01.2020)
2) Jayalakshmi, J., Restricting high-end antibiotic usage – challangeaccepted!, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6857393/, (10.2019)
3) Museum of Natural History, University of Oxford, Bacterial world, http://www.oum.ox.ac.uk/bacterialworld/, (19.09.2018-28.05.2019)
4) Burmeister, A., Horizontal Gene Transfer,
https://www.researchgate.net/publication/280584808_Horizontal_Gene_Transfer, (07.2015)
5) Shirbin, S. J., Insua, I., Holden, J.A., Lenzo, J. C., Reynolds, E. C., O'Brien-Simpson, N. M., Qiao, G. G., Architectural Effects of Star-Shaped “Structurally Nanoengineered Antimicrobial Peptide Polymers” (SNAPPs) on Their Biological Activity
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.201800627, (09.2018)
6) Bahar, A. A., Ren., D., Antimicrobial Peptides, https://www.mdpi.com/1424-8247/6/12/1543/htm, (10.2013)
7) Futoma-Kołoch, B., Książczyk M., Oporność bakterii na środki dezynfekcyjne, https://www.researchgate.net/publication/259936296_Opornosc_bakterii_na_srodki_dezynfekcyjne, (01.2013)
Artykuł jest efektem współpracy między p. Julią Czaplą, studentką I roku Biologii na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach i dr Anną Markowicz w Uniwersytecie Otwartym UŚ, w ramach udziału w projekcie "Mistrzowie Dydaktyki", zadanie: wdrożenie modelu tutoringu.
Projekt jest współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój
