Αντιβιοτικά: Η αυξανόμενη αντίσταση στα αντιβιοτικά και σε άλλες αντιμικροβιακές θεραπείες αποτελεί σοβαρή παγκόσμια πρόκληση για την υγειονομική περίθαλψη. Μια νέα μελέτη στην επιθεώρηση Antibiotics παρουσιάζει μια μέθοδο για την παρακολούθηση της εξάπλωσης των γονιδίων της μικροβιακής αντοχής μεταξύ των βακτηριακών πληθυσμών με την πάροδο του χρόνου. Η νέα υπολογιστική τεχνική βασίζεται στην ταχέως αυξανόμενη διαθεσιμότητα των γενετικών αλληλουχιών βακτηρίων σε δημόσιες βάσεις δεδομένων όπως η GenBank.
“Η ιδέα μας είναι ότι αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως σύστημα παρακολούθησης”, εξηγεί ο Ivan Erill, καθηγητής βιολογικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, Κομητεία της Βαλτιμόρης (UMBC) και κύριος συγγραφέας της μελέτης. “Είναι εξαιρετικό για μελέτες που προσπαθούν να βρουν εικόνα για το τι συμβαίνει στα βακτηριακά γονιδιώματα”. Με τον κώδικα που ανέπτυξαν ο Erill και οι συνάδελφοι Miquel Sánchez-Osuna και Jordi Barbé στο Universitat Autònoma de Barcelona, είναι δυνατόν να αναλυθούν οι αλληλουχίες όλων των γνωστών βακτηριακών πλασμιδίων (μικρά κυκλικά κομμάτια DNA που μπορούν να ανταλλάσσουν γονίδια μεταξύ βακτηρίων) σε περίπου μία ώρα.
Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ποια γονίδια ανθεκτικότητας εξαπλώνονται περισσότερο και την πιθανή προέλευση των γονιδίων. Μια υπολογιστική ανάλυση όπως αυτή είναι πολύ ταχύτερη και λιγότερο δαπανηρή από πολύπλοκα συστήματα που απαιτούν συντονισμό μεταξύ κλινικών ιατρών σε όλον τον κόσμο. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να διεξάγεται συχνότερα για να βοηθά τους γιατρούς και τους ερευνητές να ενημερώνονται για τις μεταβαλλόμενες απειλές ανθεκτικότητας.
“Θα υπάρχουν όλο και περισσότερα δεδομένα που μπορείτε να εξορύξετε με αυτόν τον τρόπο”, λέει ο Erill, σημειώνοντας ότι ο όγκος των διαθέσιμων δεδομένων γενετικής αλληλουχίας διπλασιάζεται περίπου κάθε δύο χρόνια. Και προσθέτει: “Μου αρέσει γιατί είναι απλό. Είναι γρήγορο και μπορείτε να το αναπτύξετε σε χρόνο μηδέν”.
Γενετική δουλειά ντετέκτιβ
Πώς λειτουργεί λοιπόν αυτή η νέα τεχνική; Το μικροβιακό DNA, όπως και όλο το DNA, αποτελείται από τέσσερις βάσεις: Το Α σχηματίζει ζεύγος με το Τ και το G σχηματίζει ζεύγος με το C. Ωστόσο, η αναλογία των βάσεων ποικίλλει σημαντικά στα διάφορα μικροβιακά είδη. Ορισμένα βακτήρια κατανέμονται 50-50 μεταξύ ζευγών ΑΤ και GC, ενώ άλλα βακτηριακά γονιδιώματα μπορεί να περιέχουν από 30 έως 70 τοις εκατό ζεύγη GC. Σε προηγούμενη μελέτη, ο Erill και οι συνεργάτες του αξιοποίησαν αυτή τη μεταβλητότητα για να διερευνήσουν την εμφάνιση ανθεκτικότητας έναντι των σουλφοναμιδών, μιας πρώιμης κατηγορίας αντιμικροβιακών. Καθώς τα γονίδια ανθεκτικότητας μεταπηδούν από είδος σε είδος μέσω πλασμιδίων, διατηρούν σε μεγάλο βαθμό την αναλογία GC της αρχικής τους πηγής.
Έτσι, αν υπάρχει αναντιστοιχία μεταξύ της αναλογίας GC του γονιδίου της ανθεκτικότητας και του υπόλοιπου γονιδιώματος ενός βακτηρίου, αυτό σημαίνει ότι το γονίδιο της ανθεκτικότητας έχει προέλθει από αλλού. Η απλότητα αυτής της τεχνικής σημαίνει ότι δεν είναι μόνο ταχύτερη από τις κλινικές μεθόδους στον εντοπισμό της μετακίνησης των γονιδίων ανθεκτικότητας, αλλά και ταχύτερη από άλλες υπολογιστικές μεθόδους. Εάν ένα γονίδιο ανθεκτικότητας έχει παραμείνει σε ένα είδος αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, η γενετική του αλληλουχία μπορεί τελικά να αρχίσει να πλησιάζει την περιεκτικότητα σε GC του νέου ξενιστή του, αλλά αυτό μπορεί να πάρει εκατομμύρια χρόνια. “Για αυτό που εξετάζουμε, δηλαδή την κίνηση των γονιδίων τα τελευταία 60 έως 100 χρόνια”, λέει ο Erill, “είναι ουσιαστικά ένα στιγμιότυπο”.
Οι ειδικοί εξαπλώνονται γρηγορότερα
Χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνική παρακολούθησης, οι συγγραφείς της μελέτης επιβεβαίωσαν ότι τα γονίδια ανθεκτικότητας είναι πιο πιθανό να εξαπλωθούν εάν βρίσκονται σε συζευκτικά πλασμίδια, έναν τύπο πλασμιδίου που μπορεί εύκολα να μεταφερθεί μεταξύ βακτηριακών κυττάρων. Οι ερευνητές γενικά το είχαν ήδη κατανοήσει αυτό, αλλά η επιβεβαίωσή του με τη νέα μέθοδο βοήθησε στην επαλήθευση της αποτελεσματικότητας της τεχνικής. Η νέα μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι τα γονίδια ανθεκτικότητας που στοχεύουν αποτελεσματικά σε πολύ συγκεκριμένα αντιβιοτικά εξαπλώνονται περισσότερο.
Αυτά τα γονίδια απαιτούν γενικά τόσες πολλές μεταλλάξεις για να εξελιχθούν, ώστε είναι απίθανο να έχουν προκύψει φυσικά σε οποιοδήποτε βακτήριο από τότε που ο άνθρωπος άρχισε να χρησιμοποιεί αντιβιοτικά. Αν όμως είναι παρόντα οπουδήποτε στον βακτηριακό πληθυσμό όταν εισάγεται το αντίστοιχο αντιβιοτικό, θα εξαπλωθούν γρήγορα. “Από τη στιγμή που υπάρχει επιλεκτική πίεση από το εν λόγω αντιβιοτικό, υπάρχει επιλεκτική πίεση για να μετακινηθεί αυτό το πράγμα, επειδή είναι η ασημένια σφαίρα ενός βακτηρίου ενάντια στο εν λόγω αντιβιοτικό”, λέει ο Erill.
Αντίθετα, η γενική ανθεκτικότητα που απαιτεί μόνο μερικές μεταλλάξεις σε υπάρχοντα γονίδια είναι λιγότερο πιθανό να εξαπλωθεί γρήγορα, εξηγεί ο Erill. “Δεν υπάρχει μεγάλη επιλεκτική πίεση για τη μετάδοσή της, επειδή μέχρι να έρθει, το βακτήριο πιθανότατα την έχει ήδη ανακαλύψει”, λέει.
Τα νοσοκομεία δεν είναι πιθανότατα ο ένοχος
Η νέα μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά που χρησιμοποιούνται στα ζώα ή συνταγογραφούνται εκτός νοσοκομείων ήταν πιθανό να εξαπλωθούν στον παγκόσμιο βακτηριακό πληθυσμό. Η αντίσταση στα αντιβιοτικά που χρησιμοποιούνται σε πιο περιορισμένα περιβάλλοντα δεν εξαπλώθηκε σχεδόν καθόλου. “Αυτό σας λέει ότι αν χρησιμοποιείτε τα πράγματα με προσοχή, τότε δεν υπάρχει τόσο μεγάλη επιλεκτική πίεση”, λέει ο Erill. Ίσως το πιο σημαντικό για τη μελλοντική πολιτική για τα αντιβιοτικά, η ομάδα του Erill διαπίστωσε ότι τα περισσότερα από τα γονίδια ανθεκτικότητας προήλθαν από μία μόνο πηγή και στη συνέχεια εξαπλώθηκαν, αντί να εξελιχθούν ανεξάρτητα πολλές φορές.
“Η ανθεκτικότητα βρίσκεται στο περιβάλλον”, λέει ο Erill, εξηγώντας ότι χρειάζεται ένα όχημα για να περάσει στην επικρατούσα τάση. Αν τα αντιβιοτικά χρησιμοποιούνταν μόνο στα νοσοκομεία και όχι στα ζώα και σε άλλα περιβάλλοντα, η αντοχή θα ήταν πολύ λιγότερο συχνή, υποστηρίζει ο Erill. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αντίσταση μόνο από τη νοσοκομειακή χρήση “θα προϋπέθετε ότι έχετε ήδη φυσικά ανθεκτικά βακτήρια που ζουν στο νοσοκομείο, έτοιμα να μεταδώσουν τα γονίδιά τους” προτείνει. Αν και σίγουρα υπάρχουν μολυσματικά μικρόβια στα νοσοκομεία, “το μεγαλύτερο μέρος της μικροβιακής ποικιλομορφίας βρίσκεται στο έδαφος και το νερό”, λέει ο Erill. Αν τα αντιβιοτικά δεν φτάσουν ποτέ στα κύτταρα που τυχαίνει να είναι ανθεκτικά, η αντοχή αυτή δεν θα εξαπλωθεί.
Αν και η νέα μελέτη είναι “περισσότερο μια εργασία μεθόδων παρά αποτελεσμάτων”, λέει ο Erill, “πιστεύουμε ότι αποτελεί σημαντική συμβολή”. Προτείνει μια διαδικασία για τη συνεχή παρακολούθηση των μεταβολών στα βακτηριακά γονιδιώματα με την πάροδο του χρόνου, η οποία θα μπορούσε να επηρεάσει τη μελλοντική έρευνα για την ανάπτυξη αντιβιοτικών ή να επηρεάσει τα θεραπευτικά σχήματα. Ίσως θα μπορούσε ακόμη και να ενθαρρύνει την επιβολή περιορισμών στη χρήση αντιβιοτικών στη γεωργία και σε άλλα περιβάλλοντα όπου τα φάρμακα μπορεί να καταλήξουν στο περιβάλλον.
Το καλύτερο από όλα είναι ότι άλλες ερευνητικές ομάδες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη νέα μέθοδο για να αναζητήσουν απαντήσεις στα δικά τους ερωτήματα, εξηγεί ο Erill. “Μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε με μια πολύ λεπτή χτένα για να σκαλίσετε οτιδήποτε σας ενδιαφέρει”.