Oporność bakterii na antybiotyki może zależeć od środowiska, w którym żyją

Oporność bakterii na antybiotyki nie jest cechą całkowicie stałą. Nowe badania wskazują, że bakterie posiadające geny oporności mogą reagować na antybiotyki w różny sposób, jeśli są testowane w warunkach innych niż te stosowane w standardowych badaniach laboratoryjnych. Może to mieć istotny wpływ na skuteczność leczenia antybiotykami.

Badania przeprowadzone przez naukowców z DTU wskazują, że wynik oznaczenia oporności może zależeć od warunków, w jakich bakteria jest testowana. Standardowe testy laboratoryjne prowadzi się w ściśle określonych, jednolitych warunkach. Jeżeli jednak środowisko testowe zostanie zmienione, ta sama bakteria może w niektórych przypadkach wykazywać większą lub mniejszą wrażliwość na antybiotyk niż wskazuje wynik laboratoryjny.

Kiedy lekarze lub lekarze weterynarii otrzymują raport z laboratorium informujący o tym, czy próbka bakteryjna jest oporna na antybiotyk, odpowiedź zazwyczaj brzmi, że bakteria jest wrażliwa (a więc może być leczona antybiotykiem) albo że jest oporna. Odpowiedź ta jest prawidłowa dla standardowych warunków testowych stosowanych w laboratoriach, a właśnie dzięki tej standaryzacji wyniki mogą być porównywane między różnymi ośrodkami badawczymi.

Jednak standardowe warunki nie zawsze odzwierciedlają wszystkie środowiska, z jakimi bakterie spotykają się w rzeczywistości. W organizmie człowieka oraz u innych gospodarzy parametry takie jak pH (czyli stopień kwasowości lub zasadowości środowiska) oraz temperatura mogą się zmieniać. Czynniki te mogą wpływać na to, jak skutecznie działają określone geny oporności.

„Przyjrzeliśmy się dwóm szeroko rozpowszechnionym genom oporności i odkryliśmy, że pH oraz temperatura mogą znacząco wpływać na ich funkcjonowanie, a tym samym na wrażliwość bakterii na antybiotyki. Oznacza to, że leczenie może okazać się skuteczne w organizmie, mimo że testy laboratoryjne sugerowałyby coś przeciwnego – i odwrotnie. Co być może jeszcze ważniejsze, badanie to może dostarczyć nowych wskazówek dotyczących tego, jak i dlaczego oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe rozwija się oraz rozprzestrzenia w środowisku naturalnym, u zwierząt i między bakteriami” – mówi prof. Frank Møller Aarestrup z DTU National Food Institute.

Zrozumienie mechanizmów powstawania i rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki ma kluczowe znaczenie, ponieważ oporność drobnoustrojów na antybiotyki stała się jednym z najpoważniejszych zagrożeń dla globalnego zdrowia publicznego.

Dwa geny oporności zmieniają swoją aktywność w zależności od warunków

W badaniu naukowcy przeanalizowali dwa powszechnie występujące geny oporności, aby ustalić, jak zmienia się poziom oporności w zależności od pH oraz temperatury w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Jednym z elementów analizy było określenie ilości antybiotyku potrzebnej do zabicia bakterii przy różnych wartościach pH.

Badacze analizowali również wpływ temperatur odpowiadających temperaturom ciała różnych gospodarzy. Zaobserwowano różnice między temperaturą typową dla ptaków (około 42°C) a temperaturą charakterystyczną dla organizmu człowieka (około 37°C).

Jeżeli gen oporności działa skuteczniej w temperaturze 42°C niż w 37°C (lub odwrotnie), może to wpływać na zdolność bakterii posiadających ten gen do przetrwania i rozprzestrzeniania się u ptaków. W konsekwencji może to również wpływać na rolę ptaków jako gospodarzy bakterii posiadających określony typ oporności.

Monitorowanie ptaków w kontekście oporności na antybiotyki jest istotne, ponieważ mogą one zarówno nabywać, jak i rozprzestrzeniać bakterie oporne oraz geny oporności. Ptaki odzwierciedlają również procesy rozprzestrzeniania się oporności pomiędzy środowiskiem naturalnym, rolnictwem i obszarami miejskimi na znaczne odległości.

W dłuższej perspektywie badania te mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia, w jaki sposób oporność ujawnia się w różnych środowiskach oraz dlaczego rozwija się i rozprzestrzenia.

„Badanie może pomóc nam zrozumieć, gdzie i kiedy określone geny oporności mają największe znaczenie – na przykład u konkretnych gospodarzy, w określonych temperaturach lub w środowiskach o określonym pH. Zamiast pytać wyłącznie ‘czy dany gen oporności jest obecny’, możemy coraz częściej pytać ‘w jakich warunkach działa on najlepiej i u jakich gospodarzy takie warunki występują’. Na przykład czy są to ptaki, czy ludzie?” – mówi dr Mikkel Anbo z DTU National Food Institute.

Możliwe dalekosiężne konsekwencje badań

Badanie zostało przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych na ograniczonym materiale badawczym, dlatego konieczne są dalsze analizy, zanim będzie można określić pełne znaczenie nowych odkryć. Wyniki pracy otwierają jednak szereg nowych pytań i potencjalnych kierunków badań.

Po pierwsze, interesujące byłoby sprawdzenie, czy podobne zależności dotyczą również innych genów oporności, a nie tylko dwóch analizowanych w tym badaniu.

W dłuższej perspektywie wyniki mogą wpłynąć na sposób interpretacji testów laboratoryjnych. Badanie pokazuje, że poziomy oporności mogą zmieniać się wraz ze zmianą pH lub temperatury. Nie oznacza to, że standardowe testy są błędne, lecz sugeruje, że nie zawsze pokazują pełny obraz zachowania genów oporności w innych warunkach środowiskowych.

Wyniki badania wskazują także na potencjalną przyszłą koncepcję terapeutyczną dotyczącą zakażeń układu moczowego. W modelu eksperymentalnym gen oporności CTX-M-15 stawał się znacznie słabszy w bardziej zasadowym środowisku pH, a w niektórych przypadkach bakterie przechodziły z kategorii opornych do wrażliwych na antybiotyki. Sugeruje to, że w przyszłości warto zbadać, czy w infekcjach dróg moczowych możliwe byłoby celowe modyfikowanie środowiska w taki sposób, aby wspomóc zwalczanie zakażeń wywołanych przez bakterie oporne.

Metodologia badania

Badacze analizowali, czy kwasowość lub zasadowość środowiska (pH) oraz temperatura mogą wpływać na skuteczność antybiotyków wobec bakterii posiadających geny oporności CTX-M-15 oraz CMY-2. Geny te występują w wielu bakteriach, w tym w Escherichia coli.

W eksperymencie wykorzystano szczepy E. coli hodowane w laboratorium. Środowisko bakterii modyfikowano tak, aby pH mieściło się w zakresie od 5 do 9, co odpowiada naturalnemu zakresowi pH ludzkiego jelita. Testy prowadzono także w różnych temperaturach, w tym w temperaturze 37°C (typowej dla organizmu człowieka) oraz 42°C (charakterystycznej dla ptaków).

Następnie określano ilość antybiotyku potrzebną do eliminacji bakterii w poszczególnych warunkach.

Najważniejsze wyniki

Gen CTX-M-15 wykazywał najsilniejszą oporność w środowisku kwaśnym, natomiast jego aktywność malała wraz ze wzrostem zasadowości środowiska.

Gen CMY-2 działał skuteczniej w bardziej zasadowym pH niż CTX-M-15.

W bardziej zasadowym środowisku bakterie posiadające gen CTX-M-15 mogły w eksperymencie przechodzić z kategorii opornych do wrażliwych na antybiotyki.

Temperatura również wpływała na wyniki, co może mieć znaczenie przy porównywaniu różnych gospodarzy i środowisk.

Źródło: Applied and Environmental Microbiology, Contrasting pH optima of β-lactamases CTX-M and CMY influence Escherichia coli fitness and resistance ecology
DOI: http://dx.doi.org/10.1128/aem.01775-25