Miedź jako środek przeciwdrobnoustrojowy może sprzyjać antybiotykooporności bakterii

Miedź od lat uznawana jest za sprzymierzeńca w walce z bakteriami opornymi na antybiotyki. Płynny siarczan miedzi stosowany jest od XVIII wieku w zwalczaniu infekcji grzybiczych w winnicach, sadach i wielu innych środowiskach rolniczych. Obecnie powierzchnie miedziane coraz częściej wykorzystuje się w placówkach medycznych, aby utrzymać sterylność otoczenia. Jednak nadmierne stosowanie miedzi może paradoksalnie sprzyjać problemowi, który ma pomóc rozwiązać.

Według nowych badań opublikowanych w czasopiśmie Evolution, Medicine and Public Health mikrobiolodzy z UCLA odkryli, że intensywne stosowanie preparatów miedziowych może napędzać rozwój oporności bakterii na antybiotyki. Co istotne, oporność ta szybko zanika po odstawieniu miedzi, co sugeruje, że naprzemienne stosowanie miedzi z innymi metodami może ograniczać antybiotykooporność.

„Niektóre badania sugerują, że przejście na miedź niekoniecznie rozwiązuje problem antybiotykooporności. Chcieliśmy sprawdzić, co dzieje się z bakteriami w środowiskach, gdzie intensywne użycie miedzi – np. pestycydów czy fungicydów miedziowych w rolnictwie – wywiera długotrwałą presję ewolucyjną” – powiedziała pierwsza autorka pracy, dr Sada Boyd-Vorsah, która prowadziła badania jako stypendystka podoktorska na UCLA. „Odkryliśmy, że bakterie ewoluujące w kierunku oporności na miedź stają się też oporne na antybiotyki, prawdopodobnie dlatego, że wykorzystują te same ścieżki biologiczne do obrony przed miedzią i przed antybiotykami”.

Bakterie oporne na antybiotyki stanowią poważne zagrożenie dla medycyny, ograniczając skuteczność leczenia chorób zakaźnych. Mechanizm ich powstawania opiera się na selekcji naturalnej – niewielka liczba bakterii w populacji przeżywa kontakt z antybiotykiem i przekazuje cechy oporności kolejnym pokoleniom. Podobny proces może zachodzić pod wpływem działania innych czynników niszczących mikroorganizmy, takich jak metale, związki chemiczne czy ekstremalne temperatury.

„W naszych wcześniejszych badaniach pokazaliśmy, że szlak, który pozwala bakteriom radzić sobie z bardzo starym stresorem – ekstremalną temperaturą – może być tym samym szlakiem, dzięki któremu radzą sobie z antybiotykami” – podkreśliła prof. Pamela Yeh, współautorka pracy z UCLA. – „Ponieważ szlak ten ewoluował dawno temu, prawdopodobnie jest wspólny dla wielu typów bakterii”.

Metodologia badania
Zespół badawczy hodował kolonie Escherichia coli w płytkach Petriego, eksponując je na siarczan miedzi – powszechnie stosowany środek dezynfekujący i fungicyd. Spośród 50 początkowych populacji przetrwało jedynie 8, z których wyhodowano kolejne pokolenia, ponownie narażając je na działanie miedzi. W efekcie uzyskano populacje oporne na miedź. Następnie sprawdzono ich reakcję na różne powszechnie stosowane antybiotyki – również wykazywały oporność.

Analiza genetyczna wykazała, że bakterie oporne na miedź miały 477 mutacji, których nie stwierdzono w populacjach kontrolnych. Część tych zmian dotyczyła genów związanych z opornością na metale, ale nie bezpośrednio z antybiotykoopornością. Wyniki te potwierdzają wcześniejsze obserwacje zespołu Yeh, że bakterie wykorzystują wspólne szlaki adaptacyjne do radzenia sobie z różnymi stresorami środowiskowymi.

„Chociaż miedź staje się coraz powszechniejszym środkiem przeciwdrobnoustrojowym, bakterie oporne na miedź nie są jeszcze szeroko rozpowszechnione. Warto jednak wiedzieć, że jeśli rozwiną taką oporność, istnieje duże prawdopodobieństwo, że będą również oporne na antybiotyki. Miedź pozostaje skutecznym środkiem, ale musimy uważać, aby nie powtórzyć sytuacji znanej z antybiotykami” – zaznaczyła Boyd-Vorsah, obecnie profesor wizytująca na Winston-Salem State University.

Naukowców zaskoczył fakt, że bakterie zaczęły tracić oporność już po 7 dniach bez ekspozycji na miedź. W niektórych populacjach spadek był częściowy, w innych powrócił do wartości wyjściowych, co wskazuje na zmienność genetyczną między populacjami.

Według autorów naprzemienne stosowanie miedzi i innych środków przeciwdrobnoustrojowych może pozwolić na kontrolowanie populacji mikroorganizmów bez nadmiernego ryzyka rozwoju oporności. Choć badanie przeprowadzono na E. coli, wyniki mogą odnosić się do wielu innych gatunków bakterii.

„Nie widzę powodu, dla którego nie można by zakładać, że jest to wzorzec uogólniony, występujący w wielu, a może nawet we wszystkich gatunkach bakterii, ponieważ mechanizmy oporności są zapewne ewolucyjnie bardzo stare” – podsumowała Yeh.

Źródło: Evolution, Medicine and Public Health
DOI: https://doi.org/10.1093/emph/eoaf015