Danske forskere har fundet en af de grundlæggende mekanismer for, at bakterier kan blive resistente over for antibiotika.
\ Historien kort
- Bakterier snupper resistensgener fra de bakterier, som mennesker bruger til at lave antibiotika.
- Opdagelsen gør, at vi ifølge forsker skal gentænke, hvordan vi udvælger ny antibiotika.
- Sygdomsfremkaldende bakterier kan blive resistente på mange forskellige måder, siger forsker.
Sygdomsfremkaldende bakterier parrer sig simpelthen med de bakterier, som lægemiddelindustrien bruger til at lave antibiotika.
Sex-akten gør, at når de antibiotikaproducerende bakterier dør, kan andre bakterier samle de døde bakteriers gener op og blive antibiotikaresistente. På den måde kan resistensgener havne i eksempelvis colibakterier.
Det nye forskningsresultat viser, hvor let det er for bakterier at blive resistente, og at vi i store træk er relativt magtesløse over for det.
»Det er en ganske naturlig proces, som vi ikke kan gøre meget ved. Vi kan kun være opmærksomme på problemet, for resistensgenerne er allerede derude i naturen, hvor sygdomsfremkaldende bakterier kan samle dem op via den mekanisme, som vi er de første til at beskrive,« fortæller seniorforsker Tilmann Weber fra DTU BIOSUSTAIN ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Det nye forskningsresultat er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications.
Resistens kan have mange årsager
Forskere har længe vidst, at sygdomsfremkaldende bakterier kan opsamle resistensgener fra andre bakterier, men det nye studie demonstrerer én af de måder for første gang – og det på elegant vis, synes Lars Hestbjerg Hansen, der er professor på Institut for Miljøvidenskab ved Aarhus Universitet.
»Det nye studie viser, hvordan gener for resistens kan komme fra en antibiotikaproducerende bakterie til en antibiotikafølsom bakterie. Det har været en populær hypotese længe, og den hypotese har forskerne sandsynliggjort. Det her studie viser, at der formentlig er mange såkaldte resistensgener derude i naturen, som sygdomsfremkaldende bakterier kan samle op, hvis de får muligheden for det,« siger Lars Hestbjerg Hansen.
Forskeren fra Aarhus Universitet har ikke deltaget i det nye studie, men forsker selv i, hvordan antibiotikaresistens kan opstå. Han fortæller, at der formentlig er mange forskellige måder, bakterier kan blive resistente på.
»Min egen hypotese er, at gener, som laver noget helt andet, kan ændres og overudtrykkes til at gøre bakterier antibiotikaresistente. Det er en helt anden teori, og det viser, at bakterier formentlig kan blive resistente på mange måder. Jo bedre vi forstår de forskellige måder, des bedre kan vi også forstå, hvordan vi kan bekæmpe de resistente bakterier. Her hjælper det nye studie med til at belyse én af måderne,« siger Lars Hestbjerg Hansen.
Resistens kommer fra bakterier i naturen
Inden vi fortsætter med det nye forskningsresultat, snupper vi lige lidt baggrundsviden, som er vigtig at have med for at forstå, hvad de danske forskere præcist har fundet ud af.
Antibiotika bliver i mange tilfælde udvundet af naturens bakterier.
Eksempelvis producerer aktinobakterier (typer af bakterier, der findes i blandt andet jord) tre fjerdedele af det antibiotika, lægeverdenen bruger i dag.
Aktinobakterierne producerer de forskellige antibiotika for at kunne bekæmpe andre bakterier i deres nærmiljø, og deres forsvarsmekanisme udnytter vi i kampen mod sygdomsfremkaldende bakterier.
\ Læs mere
Den bagvedliggende mekanisme er fundet
For ikke selv at gå til grunde i de skadelige stoffer, som antibiotika er, har aktinobakterierne udviklet resistens mod stofferne.
Deres resistens består eksempelvis af proteiner, som transporterer stofferne ud af cellerne, hvis de først kommer ind.
Disse proteiner bliver lavet af gener, og de gener vil man for alt i verden holde væk fra sygdomsfremkaldende bakterier.
Hvis generne først bliver en del af de sygdomsfremkaldende bakteriers arvemateriale, bliver bakterierne resistente over for netop de antibiotika, som ellers kunne slå dem ihjel.
»I omkring 30 år har man mistænkt, at sygdomsfremkaldende bakterier kan blive resistente ved at få resistensgener fra de bakterier, som laver antibiotika. Men vi har ikke før nu kunnet bevise det eller kendt til den bagvedliggende mekanisme. Det er den, som vi nu har fundet,« siger Tilmann Weber.
\ Gram-negative og gram-positive bakterier
Bakterier kan inddeles i to kategorier alt efter deres cellevægsstruktur.
Mange bakterier af typen ’gram-negative bakterier’ har en naturlig evne til at dele deres arvemateriale med andre bakterier. Eksempelvis de sygdomsfremkaldende bakterier, artiklen handler om.
Gram-positive bakterier, eksempelvis aktinobakterier, kan formentlig ikke dele deres arvemateriale på samme måde. Det er i hvert fald ikke set endnu.
Deler arvemateriale for at blive resistente
I det nye forskningsarbejde viser forskerne fra DTU, hvordan sygdomsfremkaldende bakterier parrer sig med antibiotikaproducerende bakterier for at få fingrene i deres resistensgener.
De sygdomsfremkaldende bakterier begynder med at penetrere aktinobakteriernes ydre membran med et lille rør og skyder derefter en lille stump af deres eget genetiske arvemateriale ind i den antibiotikaproducerende bakterie.
Inden i bakterien bliver det lille stykke genetiske arvemateriale til en del af aktinobakteriens arvemateriale.
\ Gram-negative bakterier går en omvej
Fordi de gram-positive aktinobakterier ikke deler deres arvemateriale på samme måde, er de gram-negative bakterier nødt til at gå ad omveje for at få fat i de gram-positive bakteriers arvemateriale.
Det gør de ved at skyde en stump af deres eget arvemateriale ind i de gram-positive bakterier og efterfølgende samle stumpen op igen, når den gram-positive bakterie dør. Sidder der noget af den gram-positive bakteries arvemateriale fast i stumpen af arvemateriale, kan den gram-negative bakterie også samle det op og gøre det til en del af dens eget arvemateriale.
Forskerne betegner det som bakteriernes form for sex, da de på den måde deler arvemateriale, som eksempelvis også mennesker gør ved sex.
Samler resistensgener op fra jorden
Når aktinobakterien dør, flyder alt dens arvemateriale ud i omgivelserne og ender eksempelvis på jorden.
Kommer de sygdomsfremkaldende bakterier i kontakt med det genetiske arvemateriale og kan genkende den stump arvemateriale, som de tidligere skød ind i aktinobakterien, kan de samle arvematerialet op igen.
Hvis stumpen af genetisk arvemateriale er klistret sammen med aktinobakteriens resistensgener, bliver resistensgenerne også samlet op og bliver til en del af den sygdomsfremkaldende bakteries arvemateriale.
Det gør, at den sygdomsfremkaldende bakterie bliver resistent over det antibiotika, som aktinobakterien producerer.
»Det er en meget simpel mekanisme, der aldrig tidligere er blevet observeret, og som vi er de første til at beskrive,« siger Tilmann Weber.
Forskerne kalder den nyopdagede mekanisme for ’carry back’.
»Opdagelsen gør, at vi måske skal tænke mere i, hvordan vi vælger antibiotika fra bakterier i fremtiden. Her skal vi også overveje de resistensmekanismer, som findes i bakterierne, og som sygdomsfremkaldende bakterier måske kan opsamle. Vi kan også tænke mere i at modificere antibiotika, så de sygdomsfremkaldende bakterier ikke bare kan samle gener op fra naturen for at bliver resistente over for det, som vi bruger imod dem,« siger Tilmann Weber.
\ Identiske gener er den rygende pistol
I det nye studie har forskerne fra DTU først identificeret, hvilke gener der er årsag til resistens i sygdomsfremkaldende bakterier.
Her fandt de, at generne i nogle tilfælde er 100 procent identiske med de resistensgener, der findes i aktinobakterier. Det peger på, at de sygdomsfremkaldende bakterier har fået dem derfra.
»Man har formodet, at sygdomsfremkaldende bakterier kan optage resistensgener fra aktinobakterier. Med 100 procent identiske gener har vi nu fundet den rygende pistol,« fortæller postdoc Xinglin Jiang, der ligeledes er fra DTU BIOSUSTAIN.
Bakterier kan også selv ’opfinde’ resistensgener, men i så fald vil der ikke være genetisk sammenfald mellem de gener, som de opfinder til at udvikle resistens, og de gener, som aktinobakterierne benytter sig af.
Kogte bakterier for at slå dem ihjel
Efter at have identificeret den genetiske ensartethed brugte forskerne avancerede genetiske analysemetoder til at finde de stumper arvemateriale, som de sygdomsfremkaldende bakterier skyder ind i aktinobakterierne.
Forskerne udsatte aktinobakterier for stumperne af arvemateriale, og aktinobakterierne optog dem og gjorde dem til en del af deres eget arvemateriale.
Efterfølgende kogte forskerne aktinobakterierne for at slå dem ihjel og ødelægge deres cellemembraner.
De lod sygdomsfremkaldende bakterier vokse i suppen af genetisk arvemateriale fra aktinobakterierne og så, hvordan de sygdomsfremkaldende bakterier samlede stumperne af DNA, inklusiv resistensgener, op og gjorde dem til en del af deres eget arvemateriale.
På den måde havde forskerne identificeret hvert enkelt led i den proces, som gør, at sygdomsfremkaldende bakterier kan blive resistente ved at dyrke sex med de bakterier, som antibiotika kommer fra.
