Σήμερα σηματοδοτεί το τέλος του 2016 Παγκόσμια Εβδομάδα Ευαισθητοποίησης για τα Αντιβιοτικάμε στόχο να αυξήσει την ευαισθητοποίηση σχετικά με την αντοχή στα αντιβιοτικά και να υποστηρίξει τη συνετή χρήση αυτών των φαρμάκων.
Ένας από τους βασικούς παράγοντες της αντοχής στα αντιβιοτικά είναι το πόσο γρήγορα τα βακτήρια αποκτούν DNA από το περιβάλλον ή από άλλα βακτήρια. Τα στοιχεία αντίστασης συχνά μεταφέρονται σε κινητά στοιχεία, DNA που μπορεί να κινηθεί γύρω από το γονιδίωμα ή να μεταφερθεί σε άλλα γονιδιώματα. Η σχεδόν καθολική ταχεία αφομοίωση του DNA από βακτήρια οδηγεί στην απόκτηση πολλαπλών γονιδίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά σε μια ποικιλία βακτηριακών ειδών. Ένα τέτοιο παράδειγμα κινητού στοιχείου DNA είναι το πλασμίδιο, μικρό κυκλικό DNA που αντιγράφεται ανεξάρτητα από το χρωμόσωμα και μπορεί να μεταφερθεί από βακτήριο σε βακτήριο κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, μετασχηματισμού και σύζευξης.
Το παράδοξο του πλασμιδίου
Αν και τα πλασμίδια που κωδικοποιούν στοιχεία ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά ωφελούν έναν βακτηριακό πληθυσμό υπό επιλεκτική πίεση, δεν είναι σαφές πώς τα πλασμίδια επιμένουν σε έναν πληθυσμό όταν δεν είναι υπό επιλογή. Τα πλασμίδια που αναπαράγονται απαιτούν ενέργεια και πόρους και επιβαρύνουν το κύτταρο με κόστος φυσικής κατάστασης με αποτέλεσμα την πιο αργή ανάπτυξη σε σύγκριση με κύτταρα που δεν φέρουν πλασμίδια. Επιπλέον, ορισμένα κύτταρα έχουν ακόμη και ενσωματωμένα γονίδια από το πλασμίδιο στο χρωμόσωμα επιτρέποντας στο βακτήριο να χάσει το πλασμίδιο. Έτσι, η μακροχρόνια επιμονή των πλασμιδίων στα βακτήρια παραμένει περίπλοκη.
Η πειραματική εξέλιξη παρακολουθεί την προσαρμογή των βακτηρίων στα αντιβιοτικά
Ο Millan και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν την πειραματική εξέλιξη να αντιμετωπίσει αυτό το «πλασμιδιακό παράδοξο» παρακολουθώντας πώς Escherichia coli Τα κύτταρα που περιέχουν ένα πλασμίδιο πολλαπλών αντιγράφων συμπεριφέρονται σε σύγκριση με κύτταρα που δεν έχουν το πλασμίδιο. Οι ερευνητές εισήγαγαν ένα πλασμίδιο πολλαπλών αντιγράφων που κωδικοποιεί ένα γονίδιο βήτα-λακταμάσης σε ένα μι. coli πληθυσμό και το ίδιο γονίδιο β-λακταμάσης στο χρωμόσωμα ενός άλλου μι. coli πληθυσμός. Οι βήτα-λακταμάσες διασπούν τα αντιβιοτικά της βήτα-λακτάμης και κάνουν το κύτταρο ανθεκτικό σε αυτά τα φάρμακα.
Συγκρίνοντας αυτούς τους δύο βακτηριακούς πληθυσμούς με την πάροδο του χρόνου, παρατήρησαν ότι τα κύτταρα που έφεραν το πλασμίδιο ήταν σε θέση να αναπτυχθούν σε υψηλότερες συγκεντρώσεις αντιβιοτικού από τον βακτηριακό πληθυσμό που κωδικοποιεί το γονίδιο της β-λακταμάσης στο χρωμόσωμα. Αυτό καταδεικνύει ένα πλεονέκτημα των γονιδίων που κωδικοποιούνται από πλασμίδιο. γονίδια που εκφράζονται σε υψηλότερα επίπεδα μπορούν να παρέχουν μεγαλύτερο όφελος για τη φυσική κατάσταση του κυττάρου υπό υψηλή επιλεκτική πίεση.
Πολλά πλασμίδια πολλαπλών αντιγράφων είναι ικανά να διατηρούνται σε περισσότερα από 100 αντίγραφα ανά κύτταρο. Λόγω του μεγάλου αριθμού του γονιδίου της βήτα λακταμάσης ανά κύτταρο, μπορεί θεωρητικά να επιτύχει πολλές διαφορετικές μεταλλάξεις κατά τη διάρκεια της αντιγραφής από ό,τι αν υπήρχε μόνο ένα αντίγραφο στο χρωμόσωμα. Αυτές οι παραλλαγές γονιδίων κατανέμονται στη συνέχεια σε διαφορετικά κύτταρα κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, καθιστώντας ορισμένα κύτταρα πιο ανθεκτικά στα αντιβιοτικά από πριν. Μετά από ~80 μι. coli κύκλους αντιγραφής, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο υψηλός ρυθμός μετάλλαξης του γονιδίου της β-λακταμάσης που κωδικοποιήθηκε στο πλασμίδιο επέτρεψε στον βακτηριακό πληθυσμό να γίνει ανθεκτικός σε διαφορετικά αντιβιοτικά βήτα-λακτάμης.
Αυτή η εργασία καταδεικνύει τον κεντρικό ρόλο που παίζουν τα πλασμίδια στην βακτηριακή εξέλιξη. Πολλά γονίδια αντιμικροβιακής αντοχής μεταφέρονται σε πλασμίδια, υποδηλώνοντας ότι η κατανόηση της δυναμικής των πλασμιδίων μεταξύ των βακτηρίων σε δεξαμενές ξενιστή ή περιβάλλοντος μπορεί να οδηγήσει σε νέες πλατφόρμες θεραπείας για ανθεκτικές στα αντιβιοτικά βακτηριακές λοιμώξεις.
