Hur bakterier fungerar som en för att undkomma antibiotika
Ny forskning zoomar in på Pseudomonas aeruginosa att avslöja en strategi som läkemedelsresistenta bakterier använder för att undvika antibiotika. Resultaten kan hjälpa till att göra antibiotika mer effektiva.
Petriskålsexperiment visar hur bakterier kommunicerar för att undkomma antibiotika.Jean-Louis Bru, avdelningen för molekylärbiologi och biokemi vid University of California, Irvine, är den första författaren till den nya studien, som visas i Journal of Bacteriology.
Bru och kollegor fokuserade sina forskningsinsatser på Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), en typ av bakterier som främst attackerar personer med cystisk fibros.
Cystisk fibros är ett ärftligt andningsbesvär där lungorna producerar mer slem än de borde. Det drabbar cirka 30 000 människor i USA.
P. aeruginosa finns också i vårdmiljöer och bakterien kan spridas genom förorenat vatten, jord, händer, utrustning och andra ytor. Bakterien kan leda till postoperativa infektioner i blodet eller andra delar av kroppen samt orsaka lunginflammation.
P. aeruginosa är en av de farligaste typerna av bakterier.
I samband med folkhälsokrisen som är antibiotikaresistens placerade Världshälsoorganisationen (WHO) P. aeruginosa på listan över "prioriterade patogener" - det vill säga de 12 bakterierna som är mest farliga för människors hälsa eftersom de har blivit resistenta mot de läkemedel som läkare ofta använder för att bekämpa dem.
WHO delade in dessa 12 bakterier i "kritisk", "hög" och "medium" prioritet P. aeruginosa lika kritisk på grund av dess motståndskraft mot den grupp av antibiotika som kallas karbapenemer.
För bara två veckor sedan ansåg Centers for Disease Control and Prevention (CDC) också P. aeruginosa ett ”allvarligt hot” och placerar det på sin lista över högprioriterade patogener.
I denna bredare bild är forskning som den studie som Bru och kollegor har genomfört avgörande för att både förstå bakteriers försvarsmekanismer och hantera infektioner mer effektivt.
Bakterier fungerar som ”en enad organism”
I den nya studien undersökte forskarna tillväxten och spridningen av bakterier i petriskålar och återskapade en miljö som liknar den i slemhinnorna som möjliggör P. aeruginosa att trivas i cystisk fibros.
Här testade teamet effekten av antibiotika och bakteriofager på "svärmning", vilket är förmågan som bakterier har att röra sig kollektivt. Bakteriofager är virus som infekterar och attackerar bakterier inifrån.
Blanda antibiotikum gentamicin med P. aeruginosa svärmar avslöjade att bakterierna skickar signaler till sina specifika bakterier, varnar dem för faran och gör det möjligt för dem att undvika den.
De Pseudomonas bakterier gör detta genom att utsöndra Pseudomonas kinolonsignalering (PQS) -molekyl, skriver författarna. De förklarar, "Dessa mekanismer har den övergripande effekten av att begränsa infektionen till en delpopulation, vilket främjar överlevnaden för den totala befolkningen."
Studie medförfattare Nina Molin Høyland-Kroghsbo, en biträdande professor vid institutionen för veterinär- och djurvetenskap vid Köpenhamns universitet i Danmark, kommenterar experimenten och deras resultat.
”Vi kan i laboratoriet se att bakterierna helt enkelt simmar runt det” farliga området ”med antibiotika eller bakteriofager. När de får varningssignalen från sina specifika detaljer kan du se i mikroskopet att de rör sig i en snygg cirkel runt, säger forskaren med hänvisning till den svärmande rörelsen.
"Det är en smart överlevnadsmekanism för bakterierna", fortsätter hon. "Om det visar sig att bakterierna använder samma undvikande manöver vid infektion av människor, kan det hjälpa till att förklara varför vissa bakterieinfektioner inte kan behandlas effektivt med antibiotika."
”Det är ganska fascinerande för oss att se hur bakterierna kommunicerar och förändrar beteende för att hela bakteriepopulationen ska överleva. Du kan nästan säga att de fungerar som en enad organism. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo
Bana väg för effektivare antibiotika
I en länkad ledare kommenterar Julia C. van Kessel betydelsen av resultaten och säger det P. aeruginosa”Förmågan att påverka ett gruppbeteende, som att svärma som svar på stress, är ett” unikt ”resultat. Detta ledde studieförfattarna till att uttrycka termen ”kollektiv stressrespons”, skriver van Kessel.
Studieförfattarna kommenterar också hur deras resultat i slutändan kan hjälpa till att ta itu med antibiotikaresistenskrisen.
Även om det finns mycket mer arbete att göra innan resultaten leder till utveckling av användbara behandlingar, kommer nästa forskningssteg att vara att hitta sätt att störa bakteriens PQS-signalering.
Resultaten ”[rensar] vägen för användning av droger i ett försök att förhindra att varningssignalen skickas ut i första hand, säger Nina Molin Høyland-Kroghsbo.
"Alternativt kan du designa ämnen som kan blockera signalen från att tas emot av de andra bakterierna, och detta kan potentiellt göra behandling med antibiotika eller bakteriofagvirus mer effektiv", tillägger forskaren.
”Infektioner med denna typ av bakterier är ett stort problem över hela världen, med många sjukhusvistelser och dödsfall. Det är därför vi är väldigt glada över att kunna bidra med ny kunskap som potentiellt kan användas för att bekämpa dessa bakterier. ”
Nina Molin Høyland-Kroghsbo