Bakterieappetit kan være nøglen til at rydde op i antibiotikaforurening

Antibiotika kan være livreddende for mennesker, der lider af alvorlige bakterielle infektioner såsom lungebetændelse og meningitis. Lægemidlerne er dødelige for bakterier - men nogle bakterier kæmper tilbage ved at udvikle resistens over for antibiotika, og nogle få modstår ikke kun angrebet, men gør de dødelige stoffer til mad.

Forskere har ikke forstået meget om, hvordan bakterier formår at indtage antibiotika sikkert, men ny forskning fra Washington University School of Medicine i St. Louis belyser vigtige trin i processen.

Fundene, udgivet 30. april i Naturens kemiske biologi , kan føre til nye måder at fjerne antibiotika fra land og vand, sagde forskerne. Miljømæssig antibiotikakontamination fremmer lægemiddelresistens og underminerer vores evne til at behandle bakterielle infektioner.

"For ti år siden faldt vi over det faktum, at bakterier kan spise antibiotika, og alle var chokerede over det, " sagde seniorforfatter Gautam Dantas, PhD, en lektor i patologi og immunologi, af molekylær mikrobiologi, og biomedicinsk teknik. "Men nu begynder det at give mening. Det er bare kulstof, og hvor end der er kulstof, nogen vil finde ud af, hvordan man spiser det. Nu hvor vi forstår, hvordan disse bakterier gør det, vi kan begynde at tænke på måder at bruge denne evne til at slippe af med antibiotika, hvor de forårsager skade."

Lægemiddelresistens er et alvorligt og forværret problem, der truer med at sætte lægebehandlingen tilbage til en tid, hvor antibiotika endnu ikke blev opdaget, og infektionssygdomme var den største dødsårsag på verdensplan.

Moderne industri- og landbrugspraksis fremskynder stigningen i antibiotikaresistens ved at mætte miljøet med aktive lægemidler. I Indien og Kina, som tilsammen producerer langt størstedelen af ​​verdens antibiotika, medicinalfabrikker dumper nogle gange antibiotikafyldt affald i lokale vandveje. I USA, nogle landmænd tilføjer antibiotika til deres dyrefoder for at hjælpe deres husdyr med at vokse, som producerer affald fyldt med stofferne.

Bakterier deler let genetisk materiale. Så når antibiotika infiltrerer vandet og jorden, residente bakterier reagerer ved at sprede antibiotikaresistensgener gennem samfundet.

Dantas, postdoc-forsker og førsteforfatter Terence Crofts, PhD, og kolleger ønskede at forstå, hvordan nogle miljøbakterier ikke kun modstår antibiotika, men lever af dem. De undersøgte fire fjernt beslægtede arter af jordbakterier, der alle blomstrer på en diæt af penicillin alene. Penicillin var det første antibiotikum, der blev opdaget, men den er faldet i unåde på grund af modstand. Andre medlemmer af penicillinfamilien, såsom amoxicillin og ampicillin, er stadig effektive og ordineres bredt til behandling af bakterielle infektioner.

Forskerne fandt tre forskellige sæt gener, der blev aktive, mens bakterierne spiste penicillin, men inaktive, mens bakterierne spiste sukker. De tre sæt gener svarer til tre trin, som bakterier tager for at omdanne en dødelig forbindelse til et måltid.

Alle bakterierne starter med at neutralisere den farlige del af antibiotikaen. Når først toksinet er afvæbnet, de klipper en velsmagende portion af og spiser den.

At forstå de trin, der er involveret i at omdanne et antibiotikum til mad, kan hjælpe forskere med at bioingeniørbakterier til at rense jord og vandveje, der er forurenet med lægemidler, og derved bremse spredningen af ​​lægemiddelresistens. De jordbakterier, der naturligt spiser antibiotika, er kræsne og svære at arbejde med. Men en mere håndterbar art som E. coli kunne potentielt konstrueres til at fodre med antibiotika i forurenet jord eller vand.

Crofts og Dantas viste, at de kunne give E. coli evnen til at overleve og trives med penicillin. Bakterien kræver normalt sukker, men med en vis genetisk modifikation og tilføjelse af et nøgleprotein, den blomstrede på en sukkerfri diæt af penicillin.

"Med noget smart teknik, vi kan muligvis modificere bakterier for at nedbryde antibiotika i miljøet, " sagde Crofts.

Ethvert sådant bioingeniørprojekt ville skulle omfatte en plan for at fremskynde antibiotika-spiseprocessen. Den måde, hvorpå jordbakterier naturligt fjerner antibiotika fra miljøet, er effektiv, men langsom. De kunne umuligt håndtere mængderne af antibiotika i nærheden af ​​farmaceutiske fabrikker og i kloakanlæg.

"Man kunne ikke bare overdøve en mark med disse jordbakterier i dag og forvente, at de renser alt op, " sagde Dantas. "Men nu ved vi, hvordan de gør det. Det er meget nemmere at forbedre noget, du allerede har, end at prøve at designe et system fra bunden."