Autorzy: M. Paloma Reche Sainz, Rubén Agudo Torres, Sergio Rius Rocabert
Streszczenie
Badania pokazują, że oporność na antybiotyki nie jest zjawiskiem współczesnym, lecz sięga milionów lat wstecz. Bakterie wykazywały mechanizmy obronne na długo przed wprowadzeniem antybiotyków do medycyny, co potwierdzają znaleziska w wiecznej zmarzlinie i odizolowanych jaskiniach. Zrozumienie tych pradawnych mechanizmów ma kluczowe znaczenie dla walki z dzisiejszym kryzysem lekooporności i pozwala lepiej przygotować się na przyszłe zagrożenia.
Antybiotyki są powszechnie uznawane za jedno z najważniejszych osiągnięć w historii medycyny. Ich wprowadzenie do praktyki klinicznej w latach 40. XX wieku było przełomem w kontroli chorób zakaźnych i od tamtej pory znacząco poprawiło zdrowie ludzkości oraz wydłużyło średnią długość życia.
Obecnie oporność bakterii na antybiotyki stała się globalnym zagrożeniem i poważnym wyzwaniem dla medycyny. Szerokie i często niekontrolowane stosowanie antybiotyków w medycynie, weterynarii i rolnictwie stworzyło idealne warunki do pojawienia się opornych bakterii.
Jednak zjawisko to jest znacznie starsze, niż wcześniej sądzono. Bakterie posiadały mechanizmy oporności na długo przed odkryciem antybiotyków i ich zastosowaniem w leczeniu. Oznacza to, że oporność na antybiotyki to znacznie bardziej złożone, rozpowszechnione i głęboko zakorzenione zjawisko ewolucyjne, niż pierwotnie przypuszczano.
Badania wykazały obecność mechanizmów oporności w mikroorganizmach izolowanych z naturalnych środowisk, gdzie wpływ człowieka jest minimalny lub nieistniejący – m.in. głęboko położonych warstw ziemi, dna oceanu, odizolowanych jaskiń czy wiecznej zmarzliny.
Co ciekawe, wiele z tych pradawnych mechanizmów oporności – których pochodzenie sięga tysięcy lub milionów lat – jest podobnych, a czasem identycznych z tymi występującymi u dzisiejszych bakterii chorobotwórczych. Wskazuje to na to, że ich zachowanie i przekazywanie w toku ewolucji daje przewagę selekcyjną.
Przetrwać w lodzie
Geny oporności znalezione w próbkach wiecznej zmarzliny sprzed 30 000 lat wykazują uderzające podobieństwo do obecnych. Te szczepy były równie oporne jak nowoczesne bakterie, odporne na antybiotyki β-laktamowe, tetracykliny i wankomycynę.
W próbkach zmarzliny liczących 3,5 miliona lat wykryto szczepy Staphylococcus oporne na aminoglikozydy i β-laktamy.
Istnieją jeszcze starsze przykłady, jak Jaskinia Lechuguilla w Nowym Meksyku (USA), izolowana przez około 4 miliony lat. W 2016 roku odkryto tam bakterie Streptomyces i Paenibacillus, odporne na większość antybiotyków stosowanych obecnie.
Jednym z przykładów współczesnych bakterii wieloopornych jest Staphylococcus aureus oporny na metycylinę. Badanie z 2022 roku wykazało, że niektóre jego szczepy były oporne jeszcze zanim zastosowano antybiotyki z tej grupy – ich adaptacja do jeży zakażonych grzybami wytwarzającymi antybiotyki dała im przewagę przetrwania.
Wyścig zbrojeń o przetrwanie
Badania wykazały, że konkurencja o zasoby i przystosowanie się do środowiska były kluczowymi czynnikami w ewolucji oporności.
W środowiskach sprzed ery antybiotyków, naturalne antybiotyki odgrywały rolę ekologiczną, hamując wzrost konkurentów oraz wspierając przetrwanie gatunków produkujących je. Dodatkowo, niewielkie ilości antybiotyków działały jako cząsteczki komunikacyjne, wpływając na interakcje i równowagę społeczności mikroorganizmów.
Takie dynamiczne środowisko sprzyjało rozwojowi strategii obronnych u mikroorganizmów narażonych na działanie antybiotyków, co przyczyniło się do różnicowania i rozpowszechniania mechanizmów oporności.
Obecność tych mechanizmów w odizolowanych, pradawnych środowiskach stawia pytania o ich pochodzenie i sposoby rozprzestrzeniania się w trakcie ewolucji mikroorganizmów. Ich badanie ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia współczesnego kryzysu oporności.
Przyszłość przez pryzmat przeszłości
Obecnie uważa się, że geny oporności mogły być pierwotnie przekazywane z mikroorganizmów środowiskowych do organizmów bytujących u ludzi, a następnie do patogenów. Proces ten jest losowy – im powszechniejszy mechanizm oporności w środowisku, tym większa szansa, że zostanie przekazany dalej.
Środowiskowe rezerwuary oporności mogą przyspieszać ewolucję bakterii w kierunku wielolekooporności pod wpływem presji antybiotykowej. Dlatego tak ważne jest uwzględnianie ogromnej różnorodności genów oporności w populacjach mikroorganizmów przy opracowywaniu strategii walki z antybiotykoopornością.
Jak powiedział Winston Churchill: „Im dalej wstecz się spojrzy, tym dalej w przyszłość można przewidzieć.” Ta myśl podkreśla znaczenie badania przeszłości w celu lepszego zrozumienia i przewidywania przyszłych zagrożeń.
Badania nad pradawną opornością nie tylko rzucają światło na historię ewolucyjną genów oporności, ale też pomagają przewidywać, jak mogą one ewoluować w przyszłości. Taka wiedza pozwala lepiej przygotować się na nadchodzące wyzwania związane z opornością na antybiotyki.
Autorzy: M. Paloma Reche Sainz, Rubén Agudo Torres, Sergio Rius Rocabert
Niniejsze streszczenie odnosi się do artykułu Antibiotic resistance dates back millions of years, with important lessons for modern medicine