Ewolucja plazmidów: jak uzbroiliśmy bakterie w geny oporności na antybiotyki

Dzięki bogatym zbiorom gazet, zdjęć i dokumentów opowiedzenie o ostatnich stu latach ludzkości wydaje się stosunkowo proste. Dostępne archiwa i opracowania pozwalają szczegółowo prześledzić np. konflikty zbrojne z perspektywy jednej i drugiej strony i dokładnie zrozumieć triumf oraz porażkę.

Ale historię boju ludzkości z bakteriami znamy prawie wyłącznie z jednej strony. Od czasu odkrycia penicyliny 97 lat temu wśród bakterii rośnie zjawisko oporności na leki. Niektórych szczepów bakteryjnych nie da się zwalczyć żadnym z dostępnych dziś leków. Z powodu lekooporności tylko w 2019 r. zmarło blisko 5 milionów osób, a prognozy na kolejne dekady są jeszcze bardziej pesymistyczne.

Czym są plazmidy i jak zmieniały się bakterie

W jaki sposób bakterie w ciągu niecałego wieku dokonały tak spektakularnych zbrojeń? Tym zagadnieniem zajęła się grupa brytyjskich biologów molekularnych i mikrobiologów z zacięciem historycznym. Badacze przeanalizowali materiały genetyczne szczepów bakteryjnych z kolekcji kanadyjskiego bakteriologa Roberta G.E. Murraya zebranych w latach 1917-1954 i porównali je z ich współczesnymi odpowiednikami.

Wiadomo, że geny oporności istniały od początku – niektóre bakterie produkują naturalne antybiotyki, więc inne próbują się przed nimi bronić. Rozprzestrzenianie się tych genów odbywa się kilkoma sposobami. Jednym z nich jest wymiana pomiędzy bakteriami plazmidów, czyli kolistych fragmentów materiału genetycznego zawierających m.in. geny oporności.

Autorzy badania opublikowanego w ubiegłym tygodniu w „Science” podzielili znane plazmidy na trzy grupy – obecne tylko przed 1954 r., mieszane i te powstałe po 1954 r. Okazuje się, że „stare” plazmidy w ogóle nie zawierały genów oporności. Większość z nich do czasów współczesnych zanikła, a te, które przetrwały, stały się fragmentami plazmidów mieszanych, z których część zawiera geny oporności na antybiotyki. Im większy plazmid, tym łatwiej wchłania inny plazmid lub sam gen oporności, tworząc plazmid mieszany.

Początek ery antybiotyków i ewolucja plazmidów

Rok 1954 jest w tym badaniu nieprzypadkową cezurą. To w latach 50. antybiotyki zaczęto produkować i stosować powszechnie, co doprowadziło do ich nadużywania i wszechobecności w bakteryjnym i ludzkim świecie. Początek ery antybiotyków zapoczątkował szybką ewolucję plazmidów, a przez to narastanie oporności.

Według autorów badania taka „mikrohistoria” może pomóc rozwiązać współczesny problem i pozwoli wykryć te plazmidy, które niosą ze sobą szczególne ryzyko roznoszenia oporności. Wciąż jednak najważniejsze jest dbanie, by antybiotyków nie nadużywać.