Staphylococcus aureus og antibiotikaresistens
Staphylococcus aureus , gule safylokokker. er en naturlig del av bakteriefloraen av omtrent 1/3-del alle mennesker, men kan i noen tilfeller gi Infeksjoner i sår eller lungebetennelse. Kovevolusjon med mennesker er den utsatt for et langvarig seleksjonspress.
Omtrent alle typer antibiotika stoppet opprinnelig veksten av Staphylococcus aureus. Følsomheten for antibiotika førte fram til at Alexander Fleming som arbeidet St. Mary’s Hospital i London oppdaget i 1928 antibiotikumet penicillin laget av en art penselmugg (Penicillium notatum). Penicillin syntes å være en mirakelmedisin og ble produsert i store mengder under andre verdenskrig. Imidlertid, allerede etter få års bruk vokste det opp bakteriestammer som tålte penicillin. Dette er et eksempel på evolusjon og hvordan darwinistisk seleksjon virker. Bakteriene har stor genetisk variasjon og det oppstår lett mutasjoner når bakteriene oppformeres i enormt antall. Det legges på et seleksjonspress på bakteriene ved bruk av penicillin, mange stopper å vokse og dør, men noen bakterieroverlever og når disse deler seg er toleransen for penicillin økt litt, og slik fortsetter det med stadig økende toleranse og antibiotikaresistens.Penicillinresistent Staphylococcus aureus har et plasmid som koder for enzymet penicillinase som hydrolyserer betalaktamringen i pencicillin og som er en nødvendig del av virkningsmekanismen. Staid nye typer antibiotika ble tatt ibruk også methicillin, og nå har methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) har spredd seg rundt hele verden. Enkelte stammer er harogså blirr resistente mot ancomycin en av de siste skansene. vancomycin-resistant Staphylococcus aureus (VRSA). Vancomycin er et antibiotikum laget av aktinobakterier. Antibiotikaresistente bakterier er en trussel mot moderne sykehusmedisin med operasjoner, transplantasjonerm,sårbehandling, antbiotika mot bakteriell lungebetennelse, gonnore, tuberkulose og med restente akteriestammer av Streptococcus pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa og Enterococcus faecalis
En av mekanismene for antibiotika resistens er enzymer som bakterier produserer som som inaktivere et antibiotikum. Gener som koder for slike enzymer blir ervervet ved horisontal og vertikal genoverføring blant annt via plasmider og ransduksjon.
Penicillinase er et ekstracellulært enzym som skilles ut fra bakterieveggen hos Gram-negative bakterier og virker som en en β-laktamase som hydrolyserer den sykliske amidbindingen beta-laktamringen og derved inaktiverer penicillin. Ved å ødelegge den molekylære strukturen på penicillin og ødelegges også den antimikrobielle virkningen. Derved blir hele stoffgruppen antibiotika som baserer seg på en beta-laktamer virkningsløse: penicilliner, cefalosporiner, monobaktamer og karbapenemer.
Enzymer og antibiotikaresistens
I tillegg til genet som koder for enzymet penicillinase er finnes det mange andre tilsvarende enzymer. Gruppetransferaeraser er enzymer som deltar i modifisering og inaktivering av antibiotika ved å hekte på sidegrupper (parentes): acetyltransferaser (acyl-), fosfotransferaser (fosfat-), glykosyltransferaser (glykosyl-), nukleotidyltransferaser (nukleotidyl-), sulfotransferaser (tio-) og ribosyltransferaser (ribitoyl-). Hyrdoksylaser hekter på eller fjerner hydroksylgrupper (-OH) på antibiotika. Redoksenzymer som bruker oksygen (O2) og re NADPH deltar i omdanning av tetrasykliner og streptogramin. Esterbindingen i makrolidantibiotika med makrosykliske laktoner kan bli hydrolysert av makrolid esteraser som inaktiverer antibiotikumet. Erytromycin er et eksempel på et makrolid antibiotikum og som hemmer proteinsyntesen hos bakterier.
Resistens kan også skyldes at bakteriene mangler celleveggreseptorer som binder et antibiotikum .
Resistensgener og antibiotika
Gener som koder for enzymer som nedbryter antibiotika kalles resistensgener og er lokalisert på R-plasmider (resistensplasmider). R-plasmider er plasmider kan overføres til andre bakterier ved konjugasjon og gir antibiotikaresistens hos mottakeren. Et R-plasmid kan inneholde gener for resistens mot flere forskjellige typer antibiotika. Resistensgener finnes i patogene bakterier, men også i bakterier som produserer antibiotika
En bakterie som er i nærkontakt med en annen bakterie av samme art kan overføre DNA over til den andre ved konjugasjon. Bakteriene fester seg sammen via pili. Ved rekombinasjon blir genene inkorporert i mottakerbakteriens genom. Bakteriofager kan overføre deler av et bakteriegenom til en annen bakterie ed transduksjon.
Et av mange eksempler: Noen bakteriestammer av Shigella som gir bakteriell dysenteri viste seg å være resistente mot antibiotika. Slik antibiotikaresistens kan skyldes mutasjoner i genomet til bakterien, eller at det har fått overført fra andre bakterier R-plasmider som koder for enzymer som bryter ned antibiotika. Siden bakterier vokser raskt vil en resistent stamme straks dominere.
Eksempel på antibiotikaresistene bakterier er meticillinresistente gule stafylokokker (Staphylococcus aureus) (MRSA). Karbapenemresistente enterobakterier (Enterobacteriaceae)(CRE). Penicillinresistent Enterococcus. Multiresistente tuberkulosebakterier (Mycobacterium tuberculosis) (MDR-TB) resistent mot isoniazid og rifampin. Vancomycinresistent Enterococcus. Andre sykdomsfremkallende bakterier som viser antibiotikaresistens er Streptococcus pyogenes, Klebsiella pneumoniae, Clostridium difficile, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter, Campylobacter, Mycoplasma genitalium, og gonorebakterien Neisseria gonorrhoeae,.
Resistomet, et begrep innført av biokjemikeren Gerard D Wright, samlingen av alle gener som deltar i antiobiotikaresistens.
Antibiotika i husdyrbruk og fiskeoppdrett
Innen globalt landbruk brukes det store mengder antibiotika, også som middel til å gi økt kjøttproduksjon. I tidlig stadium av fiskeoppdrett av laksefisk ble det brukt enorme mengder antibiotika, men forbruket er betydelig redusert grunnet vaksiner.
Genmodifiserte planter og bruk av antibiotikaresistens som markør
I de første arbeidene med å lage genmodifiserte planter, blant annet med bruk av det binære vektorsystemet basert på det tumorindusertende plasmidet (Ti-plasmid) fra bakterien Agrobacterium tumefaciens, ble det satt inn gener som koder for enzymer som nedbryter ned ampillicin og kanamycin. Antibiotikaresistens i plantemateriale blet for å kunne selektere hvilke planteceller som hadde blitt transformert med innsatte genet. Et av de store ankepunktene mot genmodifiserte planter var denne bruen av gener som koder for antibiotikaresistens. For å imøtegå dette argument ble den genmodifiserte rissorten Golden Rice introdusert, som inneholder gener som koder for syntesen av vitamin A, laget ved å plukke ut genene for antibiotika resistens i det videre foredlingsarbeidet.
Litteratur
Wikipedia