Kochaj bliźniego swego: w jaki sposób bakterie współpracują w walce z zagrożeniem ze strony antybiotyku
Komisja Europejska uznała antybiotykooporność za poważne wyzwanie społeczno-gospodarcze. Nowe dowody wskazują, że sektor środowiskowy przyczynia się do rozprzestrzeniania się antybiotykooporności, jednak mechanizmy działania tego zjawiska nie są dobrze zbadane. Powszechnie wiadomo, że do ścieków trafiają bakterie występujące u ludzi, u zwierząt i w środowisku, konieczne jest więc zrozumienie, w jaki sposób antybiotykooporność rozprzestrzenia się i powraca do ludzkiej populacji.
Opisywanie interakcji pomiędzy bakteriami w biofilmach
Celem projektu SHARE_WW było zbadanie, w jaki sposób bakterie rosnące razem w wyspecjalizowanych trójwymiarowych strukturach zwanych biofilmami przyczyniają się do przekazywania genów oporności. Badanie przeprowadzono dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”. Badacze wyhodowali kultury czterech różnych bakterii, by wytworzyć wielogatunkowe biofilmy. „W naturze bakterie nie występują same, jako poszczególne komórki. Żyją w mikrobowych miastach, jako sąsiedzi, nawiązując ze sobą interakcje w przyjazny lub konkurencyjny sposób”, wyjaśnia badaczka Ana Filipa Silva, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie”. Prace koncentrowały się na oporności na antybiotyki beta-laktamowe, szeroko stosowaną klasę antybiotyków wykorzystywanych obecnie jako ostatnia deska ratunku w szpitalach przy leczeniu infekcji wielolekoopornych. Zauważono, że bakterie wykryte w ściekach rozkładają antybiotyki beta-laktamowe poprzez produkcję beta-laktamaz, które rozrywają cząsteczkę antybiotyku, sprawiając, że jest nieskuteczna. Aby lepiej zrozumieć powiązanie pomiędzy wytwarzaniem biofilmu i opornością na antybiotyki beta-laktamowe, Silva zbadała wpływ antybiotyku na organizację bakterii w matrycy biofilmu. Odkryła, że bakterie mające preferowanych sąsiadów i biofilmy stają się stabilniejsze po nawiązaniu współpracy. W obecności zagrożenia ze strony antybiotyku produkcja matrycy biofilmu wzrasta, by objąć wrażliwe bakterie i ich sąsiadów gęstą matrycą ochronną. Jeśli obecne są bakterie antybiotykooporne, ich geny oporności są przekazywane wrażliwym gatunkom, by chronić je przed antybiotykiem. Co więcej, oporne gatunki zdają się wydzielać do otoczenia enzym odpowiedzialny za degradację antybiotyku, tym samym zapewniając dodatkowy poziom ochrony swym wrażliwym sąsiadom.
Sąsiedzi na celowniku: alternatywne podejście do walki z antybiotykoopornością
Prace przeprowadzone w ramach projektu SHARE_WW przyczyniły się do pozyskania fundamentalnej wiedzy na temat biofilmów opornych na antybiotyki beta-laktamowe w środowisku. „Co ważne, nasze prace ujawniły znaczenie wszystkich bakterii w biofilmach – wrażliwych i opornych na antybiotyki – w diagnostyce klinicznej i leczeniu”, podkreśla Silva. Bakterie w biofilmach tworzą współpracującą ze sobą społeczność, jednoczącą się w obliczu zagrożenia ze strony antybiotyku. Oporne bakterie przekazują swe geny oporności i enzymy, zaś wrażliwe bakterie budują ochronną matrycę biofilmu. Zrozumienie warunków i mechanizmów leżących u podstaw takich zdarzeń wspomoże przyszłe badania nad strategiami eliminowania antybiotykooporności w ściekach. Ponadto informacja ta może zmienić kierunek działania leków: zamiast zwalczać wyłącznie bakterie antybiotykooporne, należy opracować strategie walki ze wszystkimi gatunkami w biofilmie. Oczyszczalnie ścieków wykazały już zainteresowanie wynikami projektu SHARE_WW i pracują nad wykorzystaniem uzyskanej wiedzy do opracowania specjalnych rozwiązań w zakresie uzdatniania wody, zwłaszcza w sytuacji, gdy uzdatniane ścieki są ponownie wykorzystywane przez ludzi.
Słowa kluczowe
SHARE_WW, bakterie, biofilm, antybiotykooporność, ścieki, antybiotyki beta-laktamowe, beta-laktamaza
