Bakteriálna rezistencia – môžeme si za ňu sami?

Objav penicilínu a neskôr i ďalších antibiotík viedol laickú i odbornú verejnosť ku klamlivej eufórii, že svet už bude existovať bez infekcií. V roku 1969 oznámil hlavný lekár USA dr. Wiliam Stewart, že možné hranice boja proti infekčným chorobám už boli dosiahnuté, a že nebezpečenstvo zo strany mikróbov ľuďom už nehrozí. Napriek tomu, že problém rezistencie voči antibiotikám sa prakticky vynoril na začiatku päťdesiatych rokov, keď sa na nemocničných oddeleniach začali vyskytovať kmene stafylokokov rezistentných proti penicilínu a ďalším antibiotikám, ešte i po roku 1980 boli mnohí presvedčení, že vďaka používaniu antimikrobiálnych látok, zlepšeniu hygienických podmienok a rozsiahlemu chladeniu potravín vyhrali boj proti patogénnym mikroorganizmom.

Do roku 1929, kedy anglický mikrobiológ Alexander Fleming objavil penicilín, boli infekčné ochorenia jedným z najväčších strašiakov ľudstva. Spôsobili najvyššiu celosvetovú úmrtnosť, vyššiu ako samotné vojny. Práve preto sú antibiotiká označované za najdôležitejšie lieky objavené v histórii medicíny. Antibiotiká si získali veľkú popularitu pre ich schopnosť rýchleho liečebného účinku smrteľných ochorení a boli odporúčané ako „zázračný liek“, pričom toto označenie u mnohých ľudí pretrváva dodnes. Povesť antibiotík viedla k ich širokému, mnohokrát nesprávnemu používaniu, resp. zneužívaniu nielen v humánnej, ale aj veterinárnej klinickej praxi.

Medzi faktory, ktoré prispievajú k narastaniu antibiotického tlaku na baktérie v humánnej medicíne, patrí nedostatočné dávkovanie, prerušená alebo predčasne ukončená terapia, liberálne ordinovanie hlavne širokospektrálnych antibiotík a ich široká dostupnosť. Zo zootechnického hľadiska k rozšíreniu rezistentných bakteriálnych kmeňov prispieva používanie antibiotík vo výkrme hospodárskych zvierat (v krajinách EÚ je zakázané) a nedodržiavanie ochranných dôb pre skrmovanie. Tieto faktory vytvárajú podmienky, ktoré vedú k zvýhodňovaniu rezistentných mutantov a k aktivácii genetických mechanizmov, umožňujúcich prenos génov rezistencie. Výsledkom tohto procesu je, že v súčasnosti väčšina klinicky významných druhov baktérií vo väčšej alebo menšej miere disponuje mechanizmami rezistencie prakticky proti všetkým druhom dostupných antibiotík. Podstata vzniku mikrobiálnej rezistencie tkvie primárne v horizontálnom transfere génov, ako aj v mutáciách v genóme. Tie môžu vznikať spontánne, ale taktiež môžu byť indukované rôznymi faktormi prostredia. Látky vznikajúce či už pri spracovávaní potravín, alebo zložky rôznych liečiv, nevhodné sanitačné prostriedky a postupy môžu prispievať k problému výskytu a perzistencie rezistencie.

Z tohto dôvodu sa náš výskum zameriava na štúdium vplyvu rôznych faktorov prostredia na vývoj mutácií vedúcich k bakteriálnej rezistencii. Ako bakteriálny model používame typický zoonotický patogén Salmonella enterica subsp. enterica sérovar Typhimurium. Keďže jednou z najúčinnejších terapií v boji proti salmonelózam je používanie syntetických fluorochinolónov, sústreďujeme sa najmä na štúdium vývoja rezistencie voči ciprofloxacínu.

To, čo dýchame a jeme, môže posilniť baktérie

Baktérie sú v prirodzenom prostredí vystavené rôznym polutantom ovzdušia, v potravinových matriciach zase mutagénnym zložkám, ktoré mnohokrát vznikajú pri tepelnom opracovávaní. Takouto látkou je aj 2‑nitrofluorén (2NF), ktorý vzniká neúplným horením fosílnych palív a fotochemickými reakciami, ale aj pri spracovávaní niektorých potravín, takže enteropatogény, ako napríklad salmonela, sa s ním ľahko dostanú do kontaktu. Ďalším príkladom je kyselina 5‑nitro‑2‑furylakrylová (5NFAA), ktorá je štruktúrnym analógom 2‑(2‑furyl)‑3‑(5‑nitro‑2‑furyl)akrylamidu (AF‑2) v minulosti používaného ako konzervačná látka potravín. Tieto látky výrazne indukujú mutácie vedúce k ciprofloxacínovej rezistencii, pričom vzniknuté mutanty zároveň vykazujú aj rezistenciu voči iným antibiotikám ako tetracyklín či gentamicín.

Ako to však funguje na molekulárnej úrovni? Primárnym terčom fluorochinolónov sú enzýmy gyráza a topoizomeráza IV, ktoré sa podieľajú sa na replikácii bakteriálneho genómu. Molekulárnou podstatou rezistencie voči fluorochinolónom sú mutácie v génoch kódujúcich podjednotky týchto enzýmov, takže výsledkom je, že liečivo sa nedokáže naviazať na enzým a replikácia môže pokračovať. Ďalším mechanizmom, ako sa baktérie bránia proti antibiotikám, je nadprodukcia efluxných púmp, ktoré aktívne transportujú antimikrobiálne látky z bunky a tým znižujú ich koncentráciu, alebo jednoducho znížením počtu vstupných kanálov tzv. porínov, ktorými sa antibiotikum dostáva do bunky.

Oba vyššie spomínané mutagény spôsobujú mutácie v géne, ktorý kóduje podjednotku A gyrázy. 2NF zároveň spôsobuje aj represiu syntézy porínov a 5NFAA zas nadprodukciu efluxných púmp.

Pri pohltení patogénnych baktérií makrofágmy dochádza k respiračnému vzplanutiu. Mikróby sú exponované reaktívnym kyslíkovým druhom (ROS – z angl. „reactive oxygen species“), pričom sa predpokladá, že práve to je zodpovedné za 90 % mutácií v bakteriálnych bunkách. Vystavenie Salmonella Typhimurium nízkym koncentráciám peroxidu vodíka vedie k zvýšeniu mutačnej frekvencie vedúcej k rezistencii voči ciprofloxacínu, hoci v tomto prípade nárast nebol až tak vysoký ako v prípade vyššie spomínaných látok.

Keď mydlo nie je pomocník

Veľká pozornosť sa sústreďuje na antibiotiká a na odolnosť baktérii voči nim. Avšak netreba zabúdať aj na antiseptiká a biocídne látky, ktoré nie sú na predpis a s ktorými sa denne dostávame do kontaktu prostredníctvom prípravkov dennej hygieny (mydlo, zubná pasta, pleťová voda, sanitačné prostriedky, atď.). Vedecká komunita čoraz viac poukazuje na problém ich nekontrolovaného používania a možnej súvislosti s rozvojom rezistencie voči antibiotikám. Mikroorganizmy sú schopné sa adaptovať na rôzne environmentálne, fyzikálne a chemické podmienky, preto nie je prekvapujúce, že si dokážu vytvoriť odolnosť aj voči biocídom, čo je však horšie, tento typ adaptačnej odpovede môže zároveň vyvolať aj rezistenciu voči rôznym typom antibiotík. Ak je napríklad salmonela exponovaná subinhibičným koncentráciám triklozánu (bežne pridávaný do niektorých zubných pást či mydiel), stáva sa odolnou nielen voči triklozánu, ale znižuje sa jej citlivosť aj na tetracyklín, ciprofloxacín, chloramfenikol či gentamicín. Pri pokusoch adaptovať pôvodný kmeň na zvyšujúce sa koncentrácie triklozánu sa nám podarilo získať kmeň, ktorý reagoval až na 8200násobne vyššiu koncentráciu biocídu v porovnaní s pôvodným kmeňom, pričom sme začínali pri subinhibičných koncentráciách triklozánu. V mydle je koncentrácia tohto biocídu približne 2 500 mg/ml, čo sa na prvý pohľad môže zdať dostatočné na likvidáciu akýchkoľvek baktérií. Nesmieme však zabúdať na to, že najdôležitejšie parametre na dosiahnutie jeho účinnosti (čas, teplota a množstvo) sú pri priemernom 5sekundovom umývaní rúk nedostatočné. Koncentrácia triklozánu môže pri umývaní klesnúť na hodnotu, pri ktorej adaptované kmene môžu prežiť, a preto použitie biocídov v prípravkoch každodennej hygieny môže viesť k selekcii rezistentných druhov.

Je riešením rezistencie fytoterapia?

Vzrastajúca mikrobiálna rezistencia voči antibiotikám nielenže spôsobuje značné problémy v klinickej praxi, ale zároveň vyžaduje i finančné náklady na výskum a vývoj nových, účinnejších antibiotík. Nakoľko odolnosť baktérií je do istej miery aj záležitosťou mutácií v genóme, naskytá sa i lacnejšia alternatíva riešenia tohto problému. Tou by mohlo byť použitie látok s antimutagénnym účinkom. Ide napríklad o fytochemikálie, ktorých príjem v potrave je dávaný do súvislosti so zníženým výskytom závažných ochorení, ako je rakovina či kardiovaskulárne choroby. Salmonely či iné enteropatogény sa v črevnom trakte dostávajú do kontaktu s týmito látkami. Vzniká tak otázka, ako tieto látky ovplyvňujú baktérie z hľadiska vzniku antibiotickej rezistencie. V poslednej dobe sú čoraz častejšie v súvislosti s priaznivými účinkami na zdravie človeka spomínané rastlinné polyfenoly, fenoly, či ich deriváty, práve. Je to tak však aj v prípade prevencie vzniku rezistencie voči antibiotikám? Žiaľ musím konštatovať, že nie u všetkých. V našom laboratóriu sme zistili, že kyselina škoricová a jej deriváty práve naopak mierne zvyšujú mutačnú frekvenciu vedúcu k antibiotickej rezistencii. Pozitívny účinok prejavuje kyselina vanilová a jej derivát vanilín, známy bioantimutagén. Obe látky výrazne znižujú frekvenciu spontánnych aj indukovaných mutácií vedúcich k rezistencii. V potrave či niektorých rastlinných kvapkách alebo tinktúrach však nepríjmame len jednu čistú látku, ale celý súbor, pričom tieto sa môžu vzájomne ovplyvňovať (synergický či antagonistický účinok). V prípade rastlinných extraktov je zaujímavé spomenúť vplyv etanolového extraktu z koreňa Echinacea angustifolia, ktorý u Salmonella Typhimurium indukuje mutácie vedúce k rezistencii voči ciprofloxacínu, čiže súbežné užívanie kvapiek a antibiotík fluorochinolónového typu by nemalo byť odporúčané.

Čo dodať?

Počas 80. rokov používania zachránili antibiotiká mnoho ľudských životov, avšak nekontrolovaná a neodborná aplikácia antibiotík vedie k vzniku mnohých rezistentných kmeňov. Vzhľadom nato, že prevalencia infekcií nereagujúcich na klasickú antibiotickú terapiu narastá, je dôležité zapodievať sa prevenciou tohto problému. Mikrobiálna rezistencia je v súčasnosti celosvetovo riešenou problematikou a prioritou programov riešení medzinárodných organizácií ako WHO, FAO či EFSA. Zvýšenie povedomia verejnosti dodržiavania základných zásad užívania antibiotík, ako aj lekárov k overovaniu si typu infekcie pred predpísaním antibiotík. Rovnako aj v laboratóriách je čoraz nutnejšia potreba urýchlenia typizácie novými a rýchlejšími metódami.

Zvyšujúca sa kontaminácia životného prostredia taktiež prispieva k zvýšenej rezistencii mikroorganizmov, čo vedie k neustálemu hľadaniu nových antibiotík. Zo socioekonomického hľadiska je však potrebné sa zameriavať i na štúdium vplyvu rôznych látok v životnom prostredí, či v potravinách na vývoj rezistencie mikroorganizmov voči antimikrobiálnym látkam.

Zdroj: Medical Tribune