Rezistencija na antibiotike u bakterija

po Carl Wieland
Prevodi Mladen Čirjak

Mnogi vjeruju kako otpornost bakterija na antibiotike demonstrira makar jednostavan oblik evolucije. Nema sumnje da bakterije izložene antibioticima često razviju sposobnost da žive u okolini koja je po njih inače otrovna. Ovo ne uključuje evoluciju složenih struktura poput očiju ili ušiju, no mnogi još uvijek vjeruju da to na neki način dokazuje neo-darvinistički scenarij od ribe do filozofa.

Ovo pogrešno shvaćanje možda je djelomično uzrokovano činjenicom da čak i mnogi znanstvenici vjeruju da mehanizam otpornosti na antibiotike uključuje stjecanje novih DNK informacija putem slučajnih mutacija (grešaka kopiranja nastalih u DNK tijekom reprodukcije). No, otpornost obično ne nastaje na ovaj način.

NIAID putem Wikimedia commons (cc-by-2.0)

Gubitak kontrole nad proizvodnjom enzima može izazvati otpornost na antibiotik. Uzmite za primjer otpornost na penicilin u stafilokoka. Za ovo je potrebno da bakterije posjeduju DNK informacije za proizvodnju složenog enzima (penicilinaze) koji specifično uništava penicilin. Izuzetno je nevjerojatno da bi takva složena informacija mogla nastati jednim procesom mutacije, i zapravo to se ne događa. Mutacija može prouzročiti gubitak kontrole nad njegovom proizvodnjom, tako da se stvaraju puno veće količine i bakterije koje stvaraju velike količine penicilinaze će opstati kada se nađu u otopini koja sadrži penicilin, dok one koje proizvode manje količine neće. Informacija za stvaranje ovog složenog kemijskog spoja je međutim već bila prisutna. Bile su potrebne tri godine za pojavu otpornosti na penicilin nakon što je on uveden u široku uporabu.¹

Gubitak zbog mutacije ili defekt mogu uzrokovati otpornost. Primjerice, Mycobacterium tuberculosis, uzročnik tuberkuloze, ima enzim koji (uz ostale korisne funkcije) mijenja antibiotik izoniazid u oblik koji uništava bakteriju. Mutacija uzrokuje gubitak ovog enzima i pomaže patogenu oduprijeti se izoniazidu.² Dajmo još jedan primjer: kinolonski antibiotici napadaju enzim DNK girazu unutar raznih bakterija.³ Jedna informacijski beznačajna mutacija koja rezultira supstitucijom jedne aminokiseline drugom, uništava interakciju enzima i antibiotika.

Češće, otpornost se javlja kroz mutacijske defekte koji uzrokuju inaktivaciju gena koji kontroliraju transport kroz staničnu membranu. Ako se antibiotik manje efikasno unosi, tada se on ne nakuplja do toksičnih koncentracija tako lako.

Otpornost na antibiotike često se javlja na načine koji nemaju veze s mutacijama. Primjerice, kod nekih bakterija tvar sulfonamid djeluje na način da blokira sposobnost sintetiziranja folne kiseline. Ako bakterija stekne novu DNK koja zaobilazi blokadu proizvodnje ovog vitamina, tada sulfonamid uopće neće djelovati. Taj patogen je, dakle, rezistentan. Postavlja se pitanje, odakle je došla nova DNK?

Danas je poznato da bakterija može steći takvu DNK (koja može biti izvan kromosoma, kao tzv. ‘plazmid’) od druge bakterije koja već posjeduje tu informaciju. Ovo se može dogoditi putem infekcije bakterijskim virusom, izravnom prijenosom od drugih bakterija tijekom spajanja (‘parenja’ bakterija), ili čak izravno kroz staničnu stjenku. Ovo stjecanje otpornosti iz drugih izvora je klinički vrlo važno; uočite da ono ne uključuje pojavu bilo kakvih novih, složenih informacija koje već nisu bile prisutne u svijetu.

Bez obzira na oblik otpornosti, kada populacija više nije izložena otrovu, tendencija je da učinkovitiji, neotporni tipovi bolje uspijevaju. Ovo jedva da je ‘uzlazna’ promjena, kakva je neophodna kako bi konačno stvorili kompleksni organi i strukture.

Ono što je zanimljivo je to što u većini primjera otpornosti na antibiotike, rezistentni tipovi nisu nekako ‘evoluirali’ kao odgovor na antibiotike, jer su rezistentni oblici postojali prije no što je čovjek počeo koristiti antibiotike. Ovo znamo jer bakterije preživljavaju zamrzavanje, te postoje kulture koje su odmrznute, a koje su bile zamrznute prije razvoja mnogih modernih antibiotika. Neke od tih bakterija su već otporne na jedan ili više antibiotika.

1988. godine, znanstvenici su izvršili obdukcije triju istraživača sjevero-zapadnog prolaza koji su se smrzli na Arktiku 1845. godine. Bakterije uzete iz njihovih utroba pažljivo su uzgojene, te su mnoge već bile otporne na najsnažnije moderne antibiotike.⁴

Evolucionisti mogu nagađati da su takvi faktori rezistencije izvorno nastali postupnim mutacijama, možda kako su bakterije nailazile na slične kemijske spojeve u nekom prošlom okolišu. Međutim, što se tiče opservacija, većina slučajeva pojave rezistencije na antibiotike nije rezultat mutacija. Informacija već postoji; selekcija djeluje tako da bira između različitih oblika. Ovo ne stvara nove informacije, te nam ne govori ništa o evoluciji povećane kompleksnosti.

Takozvane ‘super-bakterije’ u bolnicama uopće nisu ‘super’. Ono što se dogodilo je da je uporaba antibiotika u današnjim bolnicama dovela do toga da su preživjeli jedino oni rezistentni faktori. Razvije li se osoba ozbiljnu infekciju jednim od tih rezistentnih oblika, infekcija nije zbog toga agresivnija no što bi bila da je riječ o ne-rezistentnom obliku iste bakterije; radi se jednostavno o tome da su doktori nemoćni u njenom liječenju. Zapravo, općenito je to slabiji oblik patogena.

Mnogi pacijenti bivaju otpušteni iz bolnica s takvim ‘super-bakterijama’ na njihovoj koži da se opiru svim nastojanjima u bolnici da ih se uništi. Međutim, nakon što se pacijent vrati kući u ‘prljaviju’ okolinu, one najčešće ubrzo nestanu, jer su sada prisiljene natjecati se s običnim mikrobima, koji su ‘jači’. Ovi drugi mikrobi nisu mogli opstati u umjetnom okruženju bolnice i njenog arsenala antibiotika.

Takvi pomaci naprijed-nazad kod populacije bakterija koji su odgovor na okolinu, dakle, nam ne govore ništa o tome na koji način je nešto poput bakterija moglo evoluirati u složenije organizme. Ikako su bakterije mutirale tijekom milijuna generacija (ekvivalentno milijunima godina kod složenijih organizama) od trenutka njihova otkrića, tipovi bakterija koje imamo danas nisu se značajno promijenili od kada ih je u prošlom stoljeću prvi put opisao Robert Koch.