Hvordan persistente bakterier er i stand til at undgå antibiotika

Persistens er et fænomen, der udvises af en lille underpopulation af bakterieceller i en større bakteriepopulation, der gør det muligt for dem at overleve antibiotikabehandling. Disse persistente celler er ikke genetisk resistente over for antibiotika, men kan tåle antibiotikaeksponering i længere perioder. Her er flere mekanismer, hvorved vedvarende bakterier er i stand til at undgå antibiotika:

1. Langsom vækst eller dvale:

- Nogle bakterier kan gå ind i en tilstand af langsom vækst eller hvile som reaktion på antibiotikastress. I denne tilstand har de en reduceret metabolisk aktivitet, hvilket gør dem mindre modtagelige for antibiotika, der retter sig mod aktivt voksende celler.

2. Effluxpumper:

- Bakterier kan besidde effluxpumper, som er membranproteiner, der aktivt transporterer antibiotika ud af cellen. Disse pumper kan reducere intracellulære antibiotikakoncentrationer, hvilket reducerer deres effektivitet.

3. Ændret ydre membranpermeabilitet:

- Ændringer i strukturen og sammensætningen af ​​den bakterielle ydre membran kan begrænse antibiotikaindtrængen i cellen. Dette kan ske gennem modifikationer såsom nedsat porinekspression, øget produktion af exopolysaccharider eller ændringer i membranlipidsammensætning.

4. Biofilmdannelse:

- Bakterier kan danne beskyttende samfund kaldet biofilm, hvor de er indlejret i en selvproduceret matrix af ekstracellulære polymere stoffer (EPS). Biofilm fungerer som fysiske barrierer, der hindrer antibiotikagennemtrængning og beskytter de lukkede celler mod antibiotisk virkning.

5. Toksin-antitoksinsystemer:

- Nogle bakterier har toksin-antitoksin (TA) systemer, som er genetiske moduler bestående af et stabilt toksin og et labilt antitoksin. Under normale forhold neutraliserer antitoksinet toksinets aktivitet. Men når det udsættes for antibiotika, nedbrydes antitoksinet og frigiver toksinet, som hæmmer cellevækst og -deling, hvilket fører til en hviletilstand.

6. Metaboliske tilpasninger:

- Vedvarende bakterier kan have metaboliske tilpasninger, der gør det muligt for dem at omgå eller overvinde antibiotikamål. For eksempel kan nogle bakterier bruge alternative metaboliske veje til at omgå antibiotika-hæmmede trin.

7. Quorum Sensing:

- Quorum sensing er en celle-til-celle kommunikationsmekanisme, der bruges af bakterier til at koordinere genekspression baseret på befolkningstæthed. Visse antibiotika kan inducere quorum sensing, hvilket fører til aktivering af antibiotikaresistensgener eller dannelse af beskyttende strukturer.

8. Subpopulations heterogenitet:

- Bakteriepopulationer kan udvise fænotypisk heterogenitet, hvor forskellige subpopulationer har forskellige antibiotikafølsomhedsprofiler. Persistente celler kan repræsentere en subpopulation med iboende tolerance over for antibiotika.

9. Stressreaktioner:

- Bakterier kan aktivere forskellige stressreaktionsveje ved eksponering for antibiotika, hvilket fører til produktion af beskyttende faktorer, der forbedrer overlevelse. Disse reaktioner kan involvere opregulering af gener relateret til DNA-reparation, afgiftning og antioxidantforsvar.

Vedvarende bakterier udgør betydelige udfordringer i behandlingen af ​​kroniske og tilbagevendende infektioner. At forstå mekanismerne for persistens er afgørende for at udvikle strategier til at overvinde antibiotikaresistens og forbedre behandlingsresultater.