Stresované bakterie se staly odolnými vůči antibiotikům

Věda a technika
23. 2. 2013 10:07
Snímek Escherichie coli z elektronového mikroskopu.
Snímek Escherichie coli z elektronového mikroskopu.

Vědci zkoušeli pěstovat běžné střevní mikroby ve vysoké teplotě. Kupodivu vznikly kmeny schopné přežít v prostředí se smrtícím antibiotikem. Před testem na rezistenci se s antibiotikem nikdy nesetkaly.

Potkají se dvě bakterie Escherichia coli a první povídá: "To je dneska vedro, co?" "To je," odpoví druhá. "Před sto generacemi jsem z toho zmutovala." "Vážně?" ptá se první. "A jak?" "Mám teď na pozici 1572 genu rpoB místo aminokyseliny izoleucinu fenylalanin," chlubí se druhá. "Jsem rezistentní vůči antibiotikům." To první bakterii zarazí. Chvíli přemýšlí, a pak se zeptá: "Ale jak to? Vždyť tady žádná antibiotika nejsou." "Sama nevím," odpoví druhá. "Roste se mi tak nějak líp." "Ty jo," řekne druhá. "A nechceš mi tu mutaci dát?" "Dala bych, ale jsem asexuální klon." "Aha," řekne druhá. "Tak nic, no."

Mluvící bakterie ještě nikdo neobjevil. Kdyby ale uměli mluvit mikrobi z pokusu, jehož výsledky nedávno vyšly v žurnálu BMC Evolutionary Biology, mohli by si povídat i takhle. Autory výzkumu jsou biologové Alejandra RodrÃguezová-Verdugová, Brandon S. Gaut a Olivier Tenalion. První dva vědci pracují na Kalifornské univerzitě. Třetí je z univerzity pařížské.

Protijed bez jedu

Vědci pěstovali E. coli, běžnou střevní bakterii a jeden z nejlépe prostudovaných organizmů na Zemi. E. coli se nejlépe daří v teplotě 37 °C. Výzkumníci však bakteriím znepříjemnili život. Nutili je růst ve 42 °C. Nechali bakterie vyvíjet po dva tisíce generací. Interval mezi dvěma děleními E. coli se pohybuje okolo dvaceti minut. Celkový časový úsek zachycený v experimentu byl tedy zhruba měsíc. Pokud byste chtěli podobný pokus realizovat na lidech a počítali s délkou pokolení pětadvacet let, museli byste si najít v kalendáři volno na celých příštích padesát tisíc let.

Ze 114 testovaných linií bakterií bylo na konci pokusu 13 odolných vůči antibiotiku rifampicinu. Kromě už zmíněné záměny izoleucinu za fenylalanin mezi nimi vědci zaznamenali ještě další tři jiné změny DNA. Všechny mutace chránily své nositelky před antibiotikem. V prostředí bakterií ale žádný rifampicin nebyl. Je to divné. Rezistence proti antibiotikům bývá výhodná jen v jejich přítomnosti.

Geny pro ni většinou mění metabolizmus buňky způsobem, který je v prostředí bez antibiotik nevýhodný. Mohou třeba snižovat množství jedu, jenž se do bakterie dostane, ale zároveň i snižovat celkové množství živin, jež mikrob zkonzumuje. Kdo málo jí, málo roste, takže mutovanou bakterii přerostou jiné kmeny bez rezistentní mutace.

Důležitý je kontext

Podle genetické analýzy vzorků bakterií odebraných v průběhu pokusu se mutace na rezistenci proti antibiotikům objevily záhy. U všech odolných linií k nim došlo do pětisté generace, až na jednu, jež si musela počkat osm set generací. Vypadá to, že genetická změna poskytovala E. coli ještě jinou výhodu jen než odolnost proti rifampicinu. Mutované bakterie rostly rychleji. Vědci přiznávají, že nemají ponětí, čím to je. Gen rpoB obsahuje návod na jeden z kousků enzymu RNA polymerázy. Ten má na starosti přepis genetické informace z DNA do RNA.

Mutovaná verze by mohla být ve vyšší teplotě stabilnější, rychlejší, nebo něco podobného. Její úspěch byl ale závislý na kontextu celého genomu. Když vědci zkusili mutovaný gen vložit do jiných kmenů E. coli než do toho, s nímž realizovali původní mnohogenerační experiment, výhoda se vytratila.

Jiné kmeny bakterií rostly ve vyšší teplotě s mutovaným genem stejně rychle nebo pomaleji. Z praktického pohledu je nejzajímavější zjištění, že rezistence proti antibiotikům může vzniknout, aniž by bakterie žila v prostředí, kde je potkává na každém rohu. Mutace se může udržet dlouhou dobu, pokud je užitečná i nějakým jiným způsobem. Dá se však čekat, že takové vícenásobně užitečné mutace budou vzácné.

Naše nejnovější vydání

TÝDENInstinktSedmičkaINTERVIEWTV BARRANDOVPŘEDPLATNÉ