Varför antibiotika misslyckas i kampen mot bakterier
Bakterier som är immuna mot antibiotikas verkan har blivit ett primärt bekymmer för medicinska forskarsamhällen över hela världen. En ny studie undersöker vad som gör dessa ”superbugs” motståndskraftiga mot några av de mest potenta drogerna.
Först nyligen, på Medicinska nyheter idag, presenterade vi en studie som lyfter fram den ständigt växande krisen med superbugs som sprider sig i en oväntat snabb takt över hela världen.
Författarna till den studien utfärdar den dystra varningen att om bakterier fortsätter att "rusta" sig själva så effektivt och med sådan hastighet, kan antibiotika snart bli helt ineffektiva mot dem.
Det är därför det är ytterst viktigt att förstå hur exakt dessa mikroorganismer kan avvärja de läkemedel som tidigare kunde arbeta mot dem. Denna kunskap kommer att vara det första steget i att komma med starkare behandlingar för att bekämpa envisa bakterieinfektioner.
I en ny studie har ett team av fysiker från McMaster University i Hamilton, Kanada, nu bestämt vad som tillåter bakterier att avvisa antibiotika när de blir resistenta.
Även om mekanismen är enkel är det första gången som forskare undersöker och har kunnat lokalisera den tack vare mycket känslig teknik.
Ledande studieförfattare Prof Maikel Rheinstädter och kollegor rapporterar sina resultat i en studiepapper som tidskriften Naturkommunikationsbiologi har publicerat idag. Forskarna tror att deras upptäckt kan hjälpa forskare att utforma effektivare läkemedel för att behandla infektioner.
"Det finns många, många bakterier där ute, och så många antibiotika, men genom att föreslå en grundmodell som gäller för många av dem kan vi få en mycket bättre förståelse för hur vi kan hantera och förutsäga resistens bättre", konstaterar professor Rheinstädter.
Ett behov av att förstå mikromekanismer
För att förstå hur envisa bakterier kan hålla potenta antibiotika i schack studerade forskarna i detalj mekanismen som gör att ett av dessa läkemedel kan tränga igenom bakteriemembranet och göra sitt arbete.
För denna studie vände forskarna sig mot polymyxin B, ett antibiotikum som läkare använder vid behandling av hjärnhinneinflammation och infektioner i urinvägarna, ögonen och blodet.
Forskarna förklarar att de valde detta specifika läkemedel eftersom det brukade vara det enda antibiotikumet som skulle fungera mot bakterier som annars var resistenta mot läkemedel. För några år sedan fann dock ett team av specialister från Kina att en bakteriell gen kunde göra dessa mikroorganismer immuna mot polymyxiner.
"Vi ville ta reda på hur denna bakterie specifikt stoppade detta läkemedel i detta speciella fall", säger första författaren Adree Khondker och tillade: "Om vi kan förstå det kan vi designa bättre antibiotika."
Forskarna använde specialiserade, känsliga verktyg som gjorde det möjligt att analysera bakteriemembranet. Dessa verktyg gav extremt högupplösta bilder som fångade även enskilda molekyler med dimensioner på ungefär en miljondel av bredden på en enda hårsträng.
"Om du tar bakteriecellen och lägger till detta läkemedel, kommer hål att bildas i väggen, som fungerar som en hålslagare och dödar cellen", konstaterar Khondker. "Men det var mycket debatt om hur dessa hål bildades i första hand."
Vad händer med resistenta bakterier?
Mekanismen genom vilken antibiotikumet tränger igenom bakteriemembranet fungerar enligt följande: bakterien, som har en negativ laddning, "drar automatiskt in" läkemedlet, som har en positiv laddning.
Men när detta sker, fungerar bakteriemembranet som en barriär mot antibiotikumet och syftar till att förhindra att det når bakteriens inre. Under normala omständigheter är detta ineffektivt eftersom membranet är tillräckligt tunt för att antibiotikumet kan "stansa hål" i det.
Men när det gäller en läkemedelsresistent bakterie avslöjade forskarnas senaste teknik att membranet blir styvare och mycket svårare att tränga igenom. Dessutom blir bakteriens negativa laddning svagare, vilket betyder att det är svårare för antibiotikumet att lokalisera och "hålla fast" vid det.
Som Khondker beskriver det, "För drogen är det som att gå från att klippa Jello till att klippa igenom sten."
Det är första gången som ett forskargrupp har kunnat hitta dessa förändringar med säkerhet, betonar utredarna.
”Det har spekulerats mycket i den här mekanismen. Men för första gången kan vi bevisa att membranet är styvare och processen saktar ner. ”
Prof Maikel Rheinstädter
