Informácie

Ako rýchlo sa stráca odolnosť voči antibiotikám?

Ako rýchlo sa stráca odolnosť voči antibiotikám?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Predstavil by som si, že bakteriálny genóm je vysoko konzervovaný a obmedzený vo svojom priestore, ale možno sa mýlim.

Ak by ste mali vziať kmeň baktérií odolných voči antibiotikám a držať ich izolované, ale dobre kŕmené a tak ďalej, ako dlho by trvalo, kým by stratili svoju odolnosť? Rok? Dekáda? 100 rokov? 1000 rokov? V určitom okamihu sa zdá, že táto vlastnosť zmizne, ale nemám pocit, ako dlho. Podporte svoju odpoveď relevantnou citáciou.

UPRAVIŤ:

Môj cieľ je jednoduchý: premýšľam o stratégii riešenia rezistencie na antibiotiká. Ak by sme ich zakázali na celom svete (mohlo by to byť nemožné), ako dlho by sme museli čakať, kým budú opäť použiteľné. Ak by išlo o roky, potom by sme mohli takmer urobiť striedanie existujúcich antibiotík (ak by sme ich mali dostatok), pretože by som radšej nežil v postantiobitickom svete.


Rezistencia baktérií na antibiotiká je bežne kódovaná extrachromozomálnou DNA, plazmidmi. Ide o kruhové kúsky DNA, ktoré sú oveľa menšie ako genóm hostiteľa a ktoré sa replikujú nezávisle od neho. Pozrite si obrázok z Wikipédie:

Tieto plazmidy je možné prenášať medzi rôznymi bakteriálnymi bunkami, ktoré potom tiež získajú rezistenciu. Plazmidy sa delia medzi dcérske bunky, keď sa delí rodičovská bunka. Zdá sa, že jednou z mála výnimiek je Mycobacterium tuberculosis, ktorá zrejme nenesie plazmidy, ale tiež si vytvára rezistenciu. Predpokladalo sa, že obsahujú extrachromozomálnu jednovláknovú DNA ("Má Mycobacterium tuberculosis plazmidy?")

K vašej otázke: Plazmidy, ktoré majú rezistenciu voči antibiotikám, zmiznú iba vtedy, ak antibiotikum chvíľu nevidíte, pretože bunky, ktoré ho nenesú, majú rastovú výhodu oproti bunkám, ktoré sú stále nosičmi (pretože šetria energiu. tvorby plazmidu). Tieto plazmidy rezistencie však nie sú ničím novým, evolučne povedané. Objavili sa ako protiopatrenie proti plesňovým toxínom.

V laboratóriu bakteriálne kmene uvoľňujú plazmidy v priebehu niekoľkých dní, keď nie sú podľa mojich skúseností držané pod selekčným tlakom. Existuje niekoľko dokumentov, ktoré sa na to pozreli:


Laboratórne kmene E. coli sa používajú už mnoho desaťročí. Všetky si zachovali veľký počet génov kódujúcich podjednotky bičíkového aparátu a systému chemotaxie, ktoré za bežných kultivačných podmienok neposkytujú absolútne žiadnu výhodu. Z toho usudzujem, že selektívna výhoda poskytnutá stratou „nepoužitých“ génov musí byť veľmi slabá.

Väčšina antibiotickej rezistencie je tiež zakódovaná v plazmidoch. Ako zdôrazňuje @Chris, tieto sa dajú ľahko stratiť.


Ak by ste mali brať baktérie odolné voči antibiotikám a držať ich izolované, ale dobre kŕmené a podobne, ako dlho by trvalo, kým „zabudnú“ na svoju odolnosť?

Nejde o to „zabudnúť“. Baktérie sú odolné, ak ich DNA je taká, že im dáva biológiu, ktorá robí antibiotikum nesmrteľným.

Rezistentnú baktériu dáte do glycerolových zásob, môžete ich zmraziť na roky, možno aj dlhšie, a keď populáciu oživíte a znovu rozrastiete, výsledná populácia bude stále odolná.

Tiež, keď hovoríme o baktériách alebo akomkoľvek druhu evolúcie, jednotlivé organizmy nemenia svoju DNA. Populácie menia svoj podiel rôznych alel. Akákoľvek alela môže z populácie vypadnúť, a ak je mutácia poskytujúca rezistenciu škodlivá, prirodzený výber to môže urýchliť, ale nie všetky alely poskytujúce rezistenciu sú na to dostatočne škodlivé. Ak je alela poskytujúca rezistenciu v neprítomnosti antibiotika neutrálna prežitie, alebo iná mutácia niekde inde obnovuje prežitie baktérií bez antibiotika na to, aká je spôsobilosť citlivého genotypu, alela poskytujúca rezistenciu sa nemusí vymaniť z populácie. dlho.


Superbugs: Tichá zdravotná pohotovosť

Je tu zobrazený neslávne známy MRSA & ldquosuperbug & rdquo (zafarbený na žlto), ktorý ničí biele krvinky a červenú osobu.

National Institute of Health/Wikimedia Commons

Zdieľaj toto:

Prvá z dvojdielnej série.

Baktérie a iné mikróby nám môžu spôsobiť nevoľnosť. U niektorých zárodkov však existuje číre nebezpečenstvo, ktoré je oveľa desivejšie ako záchvat otravy jedlom alebo infikovanej rany. Dnes existujú lieky na boj proti väčšine týchto zárodkov. Hovorí sa im antibiotiká. Predtým, ako sa objavili tieto lieky, bežné infekcie často zabíjali ľudí. A v tom je nebezpečenstvo: Čo sa stane, ak antibiotiká už nebudú zabíjať baktérie?

Niektoré antibiotiká už stratili svoje superschopnosti. Mnoho ďalších začína strácať svoje. Biológovia popisujú tento problém ako odpor. Na celom svete sa baktérie stávajú odolnými voči antibiotikám. V istom zmysle sa títo „superchrobáci“ začali smiať na tých bývalých zázračných drogách.

Pedagógovia a rodičia, prihláste sa na odber Cheat Sheet

Týždenné aktualizácie, ktoré vám pomôžu používať Vedecké správy pre študentov vo vzdelávacom prostredí

Ale odpor nie je na smiech. Keď sa mikróby stanú odolnými voči liekom, ktoré ich majú usmrtiť, môžu sa rozšíriť liečiteľné stavy, ako je TBC - tuberkulóza. A operácie, ktoré sa spoliehajú na antibiotiká, sa môžu zmeniť zo život zachraňujúcich na život ohrozujúce.

Hrozba je obrovská

„Alarmujúce úrovne“ baktérií odolných voči liekom už existujú v mnohých častiach sveta. To je záver 257-stranovej správy zverejnenej v apríli. Vydala ho Svetová zdravotnícka organizácia (WHO).

Táto agentúra Organizácie Spojených národov so sídlom v Ženeve vo Švajčiarsku nedávno zhodnotila, ako dobre sa darí týmto hubárom v 114 krajinách. Na niektorých miestach sa zistilo, že antibiotiká už nefungujú u polovice všetkých ľudí, ktorí sa liečia na bežné choroby. Medzi tieto choroby patrí zápal pľúc a kvapavka.

/>Na celom svete je TBC hlavnou príčinou úmrtí mladých dospelých – často mamičiek a otcov. CDC Tento problém vyšetruje aj Centrum pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) so sídlom v Atlante v štáte Ga. Odhaduje sa, že len v Spojených štátoch amerických v súčasnosti každý rok ochorejú infekcie odolné voči antibiotikám približne dva milióny ľudí. Najmenej 23 000 z nich zomrelo.

Ale aj zárodky odolné voči antibiotikám, ktoré nezabíjajú, môžu byť problémom. Ich infekcie sa stávajú ťažšie liečiteľné - a drahšie. Zvážte jeden odhad – 233 miliónov dolárov – uverejnený 20. mája v časopise Antimikrobiálna rezistencia a kontrola infekcií. To je to, koľko vedci vypočítali, že USA stojí každoročne riešenie iba jednej odolnej superbug. Tento zárodok spôsobuje ochorenie pľúc známe ako zápal pľúc.

Drogy odolné voči drogám, ktoré prekvitajú v ľudských črevách, sa môžu do životného prostredia dostať pri každom spláchnutí toalety. Vedci zistili, aký veľký je tento problém, keď analyzovali odpadové vody z 11 miest v jednom francúzskom meste. Baktérie odolné voči antibiotikám znečistili 96 percent svojich vzoriek. Novinka z 1. mája Klinické infekčné choroby opisuje znepokojujúce detaily.

Niektorí vedci hľadali takéto zárodky v životnom prostredí. V nemocniciach zbierali superbugy. Potom sondovali zárodky a identifikovali časti ich génov, ktoré ich zrejme robia odolnými voči antibiotikám. Ďalej vedci hľadali vo vonkajšom prostredí ten istý genetický odtlačok superbugov. A tú superbug DNA objavili na 71 miestach - od pôdy a morskej vody až po ľudské odpadky. Vedci oznámili svoje zistenia 8. mája v Súčasná biológia.

Prečo sa to deje

Drogoví dizajnéri vytvorili antibiotiká na ničenie baktérií, ako aj niektorých plesní a iných choroboplodných zárodkov. Niekedy však niekoľko ošetrených mikróbov prežije. Prežívajú, pretože sú silnejší. Alebo môžu mať určité genetické mutácie, ktoré im umožňujú rozložiť liek. Možno dokonca vyvinuli spôsob, ako zabrániť tomu, aby drogy poškodili ich prevádzkové stroje. Časom všetky zárodky vnímavé na liek odumrú. To zanechá za sebou iba superbugs - tie mikróby, ktoré lieky nemôžu zabíjať.

To nie je prekvapujúce. V skutočnosti je to celkom prirodzené. Časť evolúcie, známa ako prežitie najschopnejších.

Vysvetľovač: Odkiaľ pochádzajú antibiotiká

Vedci narazili na prvé antibiotikum, penicilín, okolo roku 1930. Odvtedy výskum vyrobil lekárničku plnú ďalších. Zdalo sa, že vďaka tomu budú mnohé z najhorších bakteriálnych infekcií ešte lepšie zvládnuteľné. V 70. rokoch sa teda vývojári liekov začali zameriavať na neinfekčné zdravotné problémy, akými sú rakovina a srdcové choroby. V dôsledku toho sa za posledných 30 rokov nevyvinuli žiadne nové typy antibiotík.

Baktérie práve teraz premáhajú antibiotiká rýchlejšie, ako môžu vývojári vyrobiť nové. A neexistujú žiadne náznaky, že sa niečo zmení, hovorí Stewart Cole. Riadi Global Health Institute pri Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne vo Švajčiarsku.

Písanie 12. mája Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti BTvrdí, že „zlatý vek“ vývoja antibiotík „je vzdialená spomienka a pravdepodobnosť, že ešte bude, sa zdá byť mizivá“. Tento nedostatok nových typov zabíjačov zárodkov, hovorí, umožňuje superbugom morfovať a prospievať.

Vred produkujúci hnis, ktorý sa nehojí rýchlo. Spôsobila to MRSA, bežná baktéria, ktorá sa stala odolnou voči mnohým antibiotikám, ktoré zabíjali Staph aureus. Je to zárodok, ktorý spôsobuje túto infekciu. Gregory Moran, MD/CDC Jeden z najznámejších z nich je známy ako MRSA (vyslovuje sa MER-sah). Písmená znamenajú odolnosť voči meticilínu Staphylococcus aureus . Meticilín je široko používané antibiotikum. A Staph aureus je zárodok, ktorý môže spôsobiť vredy, otravu jedlom, syndróm toxického šoku a ďalšie. Tieto baktérie znechucujú (a niekedy zabíjajú) uvoľňovaním silných prírodných jedov - nazývaných toxíny - do tela.

Napriek svojmu názvu je MRSA odolná voči oveľa viac antibiotikám než len voči meticilínu. Vďaka tomu je táto superbug obzvlášť škaredá v nemocniciach a väzeniach. Ide o miesta, kde majú ľudia často otvorené rany alebo slabý imunitný systém. Oba zvyšujú šancu človeka na získanie infekcie.

Príliš veľa dobrej veci

Odolnosť voči liekom sa môže vyvinúť kedykoľvek. Ale jeho pravdepodobnosť sa zvyšuje, pretože používanie antibiotík sa zvyšuje. A to platí najmä vtedy, ak je antibiotikum nadmerne používané. Vtedy ho lekár predpíše na infekcie, ktoré nemá nádej vyliečiť.

Lekári napríklad niekedy predpisujú antibiotiká na liečbu infekcie skôr, ako sa dozvedia, či je choroba spôsobená baktériami. Ak sú za to zodpovedné vírusy, potom budú antibiotiká zbytočné. Dôvod: Antibiotiká nezabíjajte vírusy. Ale podaním antibiotika niekomu s vírusovou infekciou sa tento liek dostane k dobrým baktériám žijúcim v našom tele. A časom sa niektoré z týchto baktérií stanú voči lieku odolné.

Minulý rok CDC oznámilo, že až polovica antibiotík, ktoré americkí lekári predpísali, sa dostala k ľuďom, ktorí ich v skutočnosti nepotrebovali.

Vezmite si napríklad niekoho, kto navštívi lekára kvôli pretrvávajúcemu kašľu. Vírusové infekcie spôsobujú väčšinu kašľa. Vírusovému kašľu teda nepomôžu lieky a bude mať tendenciu sám odznieť. Štúdia z 21. mája však uvádza, že 71 percent času budú lekári stále predpisovať antibiotiká pacientom s bežným kašľom.

Ľudia chorí horúčkou, kašľom a čuchaním-príznaky podobné chrípke-majú zvyčajne vírusovú infekciu. Štúdie ukazujú, že lekári týmto pacientom často predpisujú antibiotiká, aj keď tieto lieky nepôsobia proti vírusom. AnneMS / iStockphoto „Myslím si, že medzi lekármi aj pacientmi existuje názor, že kašeľ nezmizne bez antibiotickej liečby,“ povedal Jeffrey Linder. Vedecké správy pre študentov . Linder, ktorý je spoluautorom novej správy, je lekár v Brigham & Women's Hospital v Bostone, Massachusetts. On a Michael Barnett, tiež z nemocnice, sledovali lieky, ktoré lekári predpísali počas viac ako 3 000 návštev kliniky v USA v rokoch 1996 až 2010. Svoje zistenia oznámili v Journal of the American Medical Association .

Malý počet ľudí, ktorí navštívia lekára s kašľom, má bakteriálnu pneumóniu. Tieto prípady vyžadujú antibiotickú liečbu. Linder však hovorí, že lekári by mali týchto pár ľahko rozpoznať z húfov ľudí, ktorí prichádzajú s rutinným vírusovým kašľom.

Nebezpečný zisk

Nadmerné používanie antibiotík sa stalo problémom aj na farmách. V USA dostávajú zvieratá - nie ľudia - asi 80 percent všetkých antibiotík. Niekedy sa lieky používajú na záchranu infikovaného zvieraťa alebo na zabránenie šíreniu choroby cez stádo. Dodávatelia krmív však častejšie vkladajú malé množstvo týchto liekov do potravín, ktoré budú podávať zdravým zvieratám. Tieto antibiotiká pomáhajú urýchliť rast zvierat. A to zvýšilo zisky farmárov.

Ale používanie antibiotík len na rozmnožovanie dobytka je „priamou hrozbou pre ľudské zdravie,“ tvrdí Kellogg Schwab. Je environmentálnym mikrobiológom na Univerzite Johna Hopkinsa v Baltimore, MD. Predtým so svojimi spolupracovníkmi detegoval vo výfukovom vzduchu vyfukovanom z poľnohospodárskych budov baktérie odolné voči antibiotikám. To naznačuje, že tieto superbaktérie sa môžu šíriť vzduchom zo zvierat na ľudí.

Farmári často kŕmia hospodárske zvieratá, ako je tento hovädzí dobytok, stopovými množstvami antibiotík, aby podporili ich rast. Mnohí odborníci na choroby si teraz myslia, že to prispieva k rezistencii na antibiotiká a riskuje, že tieto lieky už nebudú fungovať v boji proti ľudským chorobám. SteveOehlenschlager / iStockphoto

Zárodky, ktoré sú imúnne voči antibiotikám, vám tiež môžu do tela vraziť mleté ​​hovädzie mäso alebo kuracie prsia na doske. Biológovia zistili, že väčšina čerstvého hovädzieho, bravčového a hydinového mäsa predávaného v obchodoch s potravinami obsahuje baktérie odolné voči antibiotikám.

Aj keď nám tieto zárodky neublížia alebo nespôsobia iné bezprostredné škody, môžu svoje gény rezistencie preniesť do iných baktérií, ktoré bežne žijú v našich telách. Niekedy, podobne ako pri superbug MRSA, je rezistencia prenášaná na kruhové kúsky DNA tzv plazmidy. Tieto plazmidy môžu ľahko prekĺznuť z jednej bakteriálnej bunky do druhej.

Týmto spôsobom sa naše črevné mikróby môžu stať „rezervoárom odporu,“ hovorí Sharon Peacock. Je mikrobiologičkou na univerzite v Cambridge v Anglicku. Neskôr, „keď skutočne ochorieme a potrebujeme antibiotikum, už v sebe môžeme mať gén rezistencie“, ktorý môže brániť tomu, aby tento liek fungoval, hovorí.

V USA farmári bojovali proti zákazu antibiotík ako stimulátorov rastu. Hovorí sa, že to zníži ich zisky, pretože ochorie viac zvierat, čo spomalí ich rast. Ale to nie je skúsenosť v iných krajinách.

Americký Úrad pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) navrhol zakázať používanie antibiotík u zdravých zvierat. Ale už viac ako 30 rokov bojujú živočíšny priemysel a Kongres proti takýmto krokom. FDA nedávno zvýšil svoje úsilie o ukončenie tejto praxe.

V decembri 2013 FDA stanovil plán na postupné zrušenie používania antibiotík na farmách do troch rokov na podporu rastu hospodárskych zvierat. Uvedený dôvod: obava, že používanie týchto liekov na farme urobilo viac zárodkov imunnými voči antibiotikám potrebným na boj so život ohrozujúcimi infekciami u ľudí. A to je starosť, pretože tie isté zárodky, ktoré chorým zvieratám spôsobujú ochorenie, často otravujú aj ľudí.

Antibiotická rezistencia je komplexný a narastajúci problém. Mnohí mikrobiológovia sa obávajú, že by mohlo prísť obdobie, keď antibakteriálne lieky už nebudú účinkovať. Našťastie lekári a mnohí pacienti si tento problém začínajú lepšie uvedomovať. Vedci tiež usilovne pracujú na vytváraní nových nástrojov, ktoré by superbugom nezabrali.

Ďalej: Ako sa vedci pokúšajú vyriešiť tento problém

Mocenské slová

antibiotikum Látka zabíjajúca zárodky predpisovaná ako liek (alebo niekedy ako kŕmna doplnková látka na podporu rastu hospodárskych zvierat). Nepracuje proti vírusom.

baktérie (množné číslo baktérie) Jednobunkový organizmus tvoriaci jednu z troch domén života. Tieto žijú takmer všade na Zemi, od morského dna až po vnútro zvierat.

vrie (v medicíne) Kožná infekcia, ktorá začína ako tvrdá, červená, bolestivá hrčka. Nakoniec sa zväčší, zmäkne a naplní sa hnisom. Ich spoločným zdrojom je baktéria známa ako Staphylococcus aureus.

bioinžinier Výskumník, ktorý používa technológiu na prospešnú manipuláciu so živými vecami. Bioinžinieri používajú princípy biológie a techniky na navrhovanie organizmov alebo produktov, ktoré môžu napodobňovať, nahrádzať alebo posilňovať chemické alebo fyzikálne procesy prítomné v existujúcich organizmoch. Do tejto oblasti patria vedci, ktorí geneticky modifikujú organizmy vrátane mikróbov. Zahŕňa tiež výskumníkov, ktorí navrhujú zdravotnícke pomôcky, ako sú umelé srdcia a umelé končatiny.

Centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb, alebo CDC CDC, agentúra Ministerstva zdravotníctva a sociálnych služieb USA, je poverená ochranou verejného zdravia a bezpečnosti prácou na kontrole a prevencii chorôb, zranení a postihnutí. Vykonáva to vyšetrovaním ohnísk chorôb, sledovaním vystavenia Američanov infekciám a toxickým chemikáliám a pravidelným prieskumom stravy a iných návykov medzi reprezentatívnym prierezom všetkých Američanov.

cholera Bakteriálna choroba, ktorá infikuje tenké črevo, spôsobuje vážne hnačky, vracanie a dehydratáciu. Šíria sa choroboplodnými zárodkami z výkalov, ktoré kontaminujú vodu alebo potraviny.

DNA (skratka pre deoxyribonukleovú kyselinu) Dlhá molekula v tvare špirály vo väčšine živých buniek, ktorá nesie genetické pokyny. Vo všetkých živých veciach, od rastlín a zvierat až po mikróby, tieto inštrukcie hovoria bunkám, ktoré molekuly majú vytvárať.

evolúcia Proces, v ktorom druhy v priebehu času podliehajú zmenám, zvyčajne prostredníctvom genetických variácií a prirodzeného výberu, ktoré zanechávajú nový typ organizmu, ktorý je pre svoje prostredie vhodnejší ako predchádzajúci typ. Novší typ nie je nevyhnutne „vyspelejší“, len je lepšie prispôsobený podmienkam, v ktorých sa vyvinul.

huba (množné číslo: huby) Ktorýkoľvek zo skupiny jednobunkových alebo mnohobunkových organizmov produkujúcich spóry, ktoré sa živia organickou hmotou, živou aj rozpadajúcou sa. Plesne, kvasinky a huby sú všetky druhy húb.

gén Segment DNA, ktorý kóduje alebo obsahuje pokyny na produkciu proteínu. Potomkovia dedia gény po svojich rodičoch. Gény ovplyvňujú to, ako organizmus vyzerá a ako sa správa.

zárodok Akýkoľvek jednobunkový mikroorganizmus, ako je baktéria, druh húb alebo vírusová častica. Niektoré choroboplodné zárodky spôsobujú choroby. Iné môžu podporovať zdravie organizmov vyššieho rádu, vrátane vtákov a cicavcov. Účinky väčšiny baktérií na zdravie však zostávajú neznáme.

kvapavka Závažné ochorenie, ktoré môže infikovať pohlavné orgány, konečník a hrdlo. Táto pohlavne prenosná choroba je veľmi častá, najmä medzi ľuďmi vo veku 15 až 24 rokov. Neliečená môže spôsobiť neplodnosť alebo smrť. "Neliečená kvapavka môže tiež zvýšiť vaše šance na získanie alebo poskytnutie HIV - vírusu, ktorý spôsobuje AIDS", uvádzajú americké centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb.

rastový stimulátor (v chove hospodárskych zvierat) Liek, zvyčajne antibiotikum, pridávaný v malých dávkach do krmiva pre zvieratá chované na mäso. Ak sa používa ako preventívny liek, môže znížiť riziko, že zvieratá ochorejú, čo by spomalilo ich rast. A to by znížilo zisky farmára.

imunitný systém Zhromažďovanie buniek a ich reakcie, ktoré pomáhajú telu bojovať proti infekcii.

infekcia Choroba, ktorá sa môže prenášať medzi organizmami.

chrípka (alebo chrípka) Vysoko nákazlivá vírusová infekcia dýchacích ciest spôsobujúca horúčku a silné bolesti. Často sa vyskytuje ako epidémia.

dobytok Zvieratá chované na mäso alebo mliečne výrobky vrátane hovädzieho dobytka, oviec, kôz, ošípaných, sliepok a husí.

mikrób Krátky mikroorganizmus. Živá vec, ktorá je príliš malá na to, aby ju bolo možné vidieť voľným okom, vrátane baktérií, niektorých húb a mnohých iných organizmov, ako sú améby. Väčšina pozostáva z jednej bunky.

mikrobiológia Štúdium mikroorganizmov, predovšetkým baktérií, húb a vírusov. Vedci, ktorí skúmajú mikróby a infekcie, ktoré môžu spôsobiť, alebo spôsoby, akými môžu interagovať so svojim prostredím, sú známi ako mikrobiológovia.

mutácia Niektoré zmeny, ktoré nastanú v géne v DNA organizmu. Niektoré mutácie sa vyskytujú prirodzene. Ostatné môžu byť vyvolané vonkajšími faktormi, ako je znečistenie, žiarenie, lieky alebo niečo v strave. Gén s touto zmenou sa označuje ako mutant.

plazmid Malá kruhová slučka DNA, ktorá je oddelená od hlavnej chromozomálnej DNA baktérií.

zápal pľúc Ochorenie pľúc, pri ktorom infekcia vírusom alebo baktériou spôsobuje zápal a poškodenie tkaniva. Niekedy sa pľúca naplnia tekutinou alebo hlienom. Medzi príznaky patrí horúčka, zimnica, kašeľ a problémy s dýchaním.

odpor (ako v prípade rezistencie na liečivá) Zníženie účinnosti lieku na liečbu choroby, zvyčajne mikrobiálnej infekcie. (ako v odolnosti voči chorobám) Schopnosť organizmu bojovať proti chorobám.

superbug Populárny termín pre choroboplodný zárodok, ktorý odolá liekom.

syndróm toxického šoku Zriedkavá a potenciálne smrteľná bakteriálna infekcia spôsobená Staphylococcus aureus. Táto baktéria uvoľňuje do tela svojho hostiteľa toxíny - prírodné jedy. Medzi príznaky patrí náhla vysoká horúčka, bolesti svalov, vracanie, hnačka, vyrážka a niekedy záchvaty.

toxín Jed produkovaný živými organizmami, ako sú baktérie, včely, pavúky, jedovatý brečtan a hady.

tuberkulóza Bakteriálne ochorenie, ktoré spôsobuje neobvyklé výrastky v pľúcach alebo iných tkanivách. Neošetrený môže zabíjať. Infekcia sa zvyčajne šíri, keď chorý jedinec kašle (alebo rozpráva, spieva alebo kýcha) a chrlí do vzduchu choroboplodné zárodky.

vírus Malé infekčné častice pozostávajúce z RNA alebo DNA obklopené proteínom. Vírusy sa môžu rozmnožovať iba injekciou svojho genetického materiálu do buniek živých tvorov. Hoci vedci často označujú vírusy ako živé alebo mŕtve, v skutočnosti žiadny vírus nie je skutočne živý. Nežerie ako zvieratá, ani si nevyrába vlastné jedlo tak, ako to robia rastliny. Aby prežila, musí uniesť bunkový aparát živej bunky.

Svetová zdravotnícka organizácia Agentúra OSN založená v roku 1948 na podporu zdravia a kontrolu prenosných chorôb. Sídli v Ženeve vo Švajčiarsku. OSN sa spolieha na to, že WHO poskytne medzinárodné vedúce postavenie v globálnych záležitostiach zdravia. Táto organizácia tiež pomáha formovať výskumnú agendu pre zdravotné problémy a stanovuje normy pre znečisťujúce látky a iné veci, ktoré by mohli predstavovať riziko pre zdravie. WHO tiež pravidelne prehodnocuje údaje, aby stanovila politiky na udržanie zdravia a zdravého životného prostredia.

Word Find (kliknite sem pre zväčšenie pre tlač)

Citácie

E. Landhuis. „Vojna proti superbugom.“ Vedecké správy pre študentov. 16. júla 2014.

A.L. Mascarelli. "Infekčné zvieratá." Vedecké správy pre študentov. 17. apríla 2013.

Pôvodný zdroj denníka: M. Barnett a J. Linder. Predpisovanie antibiotík pre dospelých s akútnou bronchitídou v USA, 1996-2010. Časopis Americkej lekárskej asociácie (JAMA). Publikované 21. mája 2014. doi: 10.1001/jama.2013.286141.

Pôvodný zdroj denníka: J. Nesme a kol. Rozsiahla metagenomická štúdia rezistencie na antibiotiká v životnom prostredí. Súčasná biológia. Publikované 8. mája 2014. doi: 10.1016/j.cub.2014.03.036.

Pôvodný zdroj denníka: S. Páv. Zdravotná starostlivosť: Prineste do nemocníc mikrobiálne sekvenovanie. Príroda. Publikované 29. mája 2014. doi:10.1038/509557a.

Pôvodný zdroj denníka: B. Spellberg, J. Bartlett a D. Gilbert. Budúcnosť antibiotík a rezistencia. New England Journal of Medicine. Publikované 24. januára 2013. doi: 10.1056/NEJMp1215093.

Pôvodný zdroj denníka: S. Cole. Kto vyvinie nové antibakteriálne látky? Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti B. Publikované 12. mája 2014. doi: 10.1098/rstb.2013.0430.

Pôvodný zdroj denníka: Ministerstvo zdravotníctva a sociálnych služieb USA, Centrá pre kontrolu a prevenciu chorôb. Hrozby odolné voči antibiotikám v Spojených štátoch, 2013.

Otázky učiteľa: Superbugs: Tichá zdravotná pohotovosť

O Esther Landhuisovej

Esther Landhuis je nezávislou novinárkou v oblasti San Francisco Bay. Pracovala na stredoškolských novinách a desať rokov študovala biológiu, než objavila kariéru, ktorá spája písanie a vedu.

Zdroje pre tento článok v triede Zistite viac

K tomuto článku sú k dispozícii bezplatné zdroje pre pedagógov. Zaregistrujte sa pre prístup:


Boj proti ďalšej pandémii: Antibiotická rezistencia

Žiaľ, aj toto dieťa žije na mieste s obmedzenou čistou vodou a menším nakladaním s odpadom, čo ho privádza do častého kontaktu s fekáliami. To znamená, že sú pravidelne vystavené miliónom rezistentných génov a baktérií, vrátane potenciálne neliečiteľných superbaktérií. Tento smutný príbeh je šokujúco bežný najmä na miestach, kde sa šíri znečistenie a kde je čistá voda obmedzená.

Mnoho rokov ľudia verili, že rezistencia baktérií na antibiotiká je primárne spôsobená neobozretným používaním antibiotík v klinickom a veterinárnom prostredí. Rastúce dôkazy však naznačujú, že environmentálne faktory môžu mať rovnaký alebo väčší význam pre šírenie rezistencie na antibiotiká, najmä v rozvojovom svete.

Tu sa zameriavame na baktérie rezistentné na antibiotiká, ale rezistencia voči liekom sa vyskytuje aj u typov iných mikroorganizmov – ako je rezistencia patogénnych vírusov, húb a prvokov (nazývaná antimikrobiálna rezistencia alebo AMR). To znamená, že naša schopnosť liečiť všetky druhy infekčných chorôb je čoraz viac obmedzená rezistenciou, ktorá môže zahŕňať aj koronavírusy ako SARS-CoV-2, ktorý spôsobuje COVID-19.

Celkovo je potrebné jednoznačne obmedziť používanie antibiotík, antivirotík a antimykotík, ale vo väčšine sveta je zlepšenie vody, hygieny a hygieny - postup známy ako WASH - tiež veľmi dôležité. Ak dokážeme zabezpečiť čistejšiu vodu a bezpečnejšie potraviny všade, obmedzí sa šírenie baktérií odolných voči antibiotikám v prostredí, vrátane ľudí a zvierat a medzi nimi.

Ako naznačujú nedávne odporúčania Organizácie pre výživu a poľnohospodárstvo Organizácie Spojených národov (FAO), Svetovej organizácie pre zdravie zvierat (OIE) a Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO), ku ktorým prispel David, „problém superbaktérií“ nebude vyriešiť iba opatrnejším používaním antibiotík. Vyžaduje si to aj globálne zlepšenie kvality vody, sanitácie a hygieny. V opačnom prípade môže byť ďalšia pandémia horšia ako COVID-19.

Nečistená odpadová voda. Poďakovanie: Joa Souza/Shutterstock.com

Baktérie v strese

Aby sme pochopili problém odporu, musíme sa vrátiť k základom. Čo je to rezistencia na antibiotiká a prečo sa vyvíja?

Vystavenie pôsobeniu antibiotík spôsobuje baktérie stres a podobne ako iné živé organizmy sa bránia. Baktérie to robia zdieľaním a získavaním obranných génov, často od iných baktérií v ich okolí. To im umožňuje rýchlo sa meniť a ľahko získať schopnosť vytvárať proteíny a iné molekuly, ktoré blokujú účinok antibiotika.

Tento proces zdieľania génov je prirodzený a je veľkou súčasťou toho, čo poháňa evolúciu. Keďže však používame stále silnejšie a rozmanitejšie antibiotiká, vyvinuli sa nové a výkonnejšie možnosti bakteriálnej obrany, vďaka ktorým sú niektoré baktérie odolné takmer voči všetkému – konečným výsledkom sú neliečiteľné superbaktérie.

Odolnosť voči antibiotikám existuje od začiatku života, ale v poslednej dobe sa zrýchlila v dôsledku používania ľuďmi. Keď užijete antibiotikum, zabije veľkú väčšinu cieľových baktérií v mieste infekcie - a tak sa uzdravíte. Antibiotiká však nezabijú všetky baktérie – niektoré sú prirodzene odolné, iné získavajú gény rezistencie od svojich mikrobiálnych susedov, najmä v našom tráviacom systéme, hrdle a na koži. To znamená, že niektoré rezistentné baktérie vždy prežijú a môžu sa dostať do životného prostredia prostredníctvom nedostatočne ošetrených fekálií, čím sa šíria rezistentné baktérie a gény širšie.

Farmaceutický priemysel pôvodne reagoval na zvyšujúcu sa rezistenciu vývojom nových a silnejších antibiotík, ale baktérie sa rýchlo vyvíjajú, takže aj nové antibiotiká rýchlo strácajú účinnosť. Výsledkom je, že vývoj nových antibiotík sa takmer zastavil, pretože prináša obmedzený zisk. Medzitým sa odolnosť voči existujúcim antibiotikám neustále zvyšuje, čo má vplyv najmä na miesta so zlou kvalitou vody a sanitáciou.

Dôvodom je, že v rozvinutom svete sa vyprázdňujete a vaše hovno ide na toaletu, prípadne tečie stokou do komunálnej čistiarne odpadových vôd. Aj keď čističky nie sú dokonalé, typicky znižujú hladiny odporu o viac ako 99%, čím podstatne znižujú odpor uvoľňovaný do životného prostredia.

Moderné čističky odpadových vôd odstraňujú väčšinu mikróbov AMR. Ale v súčasnej dobe nie sú dostupné vo väčšine sveta. Kredit: People Image Studio/Shutterstock.com

Naopak, viac ako 70% sveta nemá žiadne komunálne čistenie odpadových vôd alebo dokonca kanalizácie a väčšina fekálií, obsahujúcich rezistentné gény a baktérie, ide priamo do povrchových a podzemných vôd, často cez otvorené odtoky.

To znamená, že ľudia, ktorí žijú na miestach bez nakladania s fekálnym odpadom, sú pravidelne v mnohých ohľadoch vystavení odolnosti voči antibiotikám. Expozícia je dokonca možná aj u ľudí, ktorí možno neužívali antibiotiká, ako napríklad naše dieťa v južnej Ázii.

Šíri sa výkalmi

Odolnosť voči antibiotikám je všade, ale nie je prekvapujúce, že je najväčšia v miestach so slabou hygienou, pretože iné faktory ako používanie sú dôležité. Kľúčovú úlohu zohráva napríklad aj rozdrobená občianska infraštruktúra, politická korupcia a nedostatok centralizovanej zdravotnej starostlivosti.

Niekto by mohol cynicky tvrdiť, že „cudzia“ rezistencia je lokálny problém, ale šírenie rezistencie na antibiotiká nepozná hranice – superbaktérie sa môžu vyvinúť na jednom mieste kvôli znečisteniu, ale potom sa stanú globálnymi kvôli medzinárodnému cestovaniu. Výskumníci z Dánska porovnali gény rezistencie na antibiotiká na toaletách lietadiel na dlhé trate a zistili veľké rozdiely v prenose rezistencie medzi dráhami letu, čo naznačuje, že rezistencia sa môže šíriť cestovaním.

Súčasné svetové skúsenosti s šírením SARS-CoV-2 ukazujú, ako rýchlo sa infekčné činidlá môžu pohybovať pri cestovaní ľuďmi. Vplyv zvyšovania odolnosti voči antibiotikám sa nelíši. Na liečbu SARS-CoV-2 neexistujú žiadne spoľahlivé antivírusové látky, čo je spôsob, akým sa môžu veci v súčasnej dobe liečiteľné choroby stať, ak necháme rezistenciu pokračovať bez kontroly.

Ako príklad rezistencie na antibiotiká bol gén „superbug“, blaNDM-1, prvýkrát zistený v Indii v roku 2007 (hoci bol pravdepodobne prítomný aj v iných regionálnych krajinách). Ale čoskoro potom bol nájdený u nemocničného pacienta vo Švédsku a potom v Nemecku. Nakoniec to bolo odhalené v roku 2013 na Svalbarde vo Vysokej Arktíde. Paralelne sa varianty tohto génu objavili lokálne, ale vyvíjali sa pri ich pohybe. K podobnému vývoju došlo aj pri šírení vírusu COVID-19.

Pokiaľ ide o rezistenciu na antibiotiká, ľudia nie sú jedinými „cestovateľmi“, ktorí môžu niesť rezistenciu. Divoká zver, ako napríklad sťahovavé vtáky, môže tiež získať odolné baktérie a gény z kontaminovanej vody alebo pôdy a potom lietať na veľké vzdialenosti a prenášať v ich črevách odpor z miest so slabou kvalitou vody do miest s dobrou kvalitou vody. Počas cestovania sa vyprázdňujú pozdĺž svojej cesty, čím potenciálne vytvárajú odpor takmer kdekoľvek. Globálny obchod s potravinami tiež uľahčuje šírenie odporu z krajiny na krajinu a na celom svete.

Odolné mikróby nepotrebujú na cestovanie lietadlá. Kredit: Nick Fewings/Unsplash

Je zložité, že šírenie odporom cestovaním je často neviditeľné. V skutočnosti sú dominantné cesty šírenia medzinárodného odporu do značnej miery neznáme, pretože mnohé cesty sa prekrývajú a typy a hybné sily odporu sú rôzne.

Rezistentné baktérie nie sú jedinými infekčnými agensmi, ktoré sa môžu šíriť kontamináciou životného prostredia. SARS-CoV-2 has been found in faeces and inactive virus debris found in sewage, but all evidence suggests water is not a major route of COVID-19 spread – although there are limited data from places with poor sanitation.

So, each case differs. But there are common roots to disease spread – pollution, poor water quality, and inadequate hygiene. Using fewer antibiotics is critical to reducing resistance. However, without also providing safer sanitation and improved water quality at global scales, resistance will continue to increase, potentially creating the next pandemic. Such a combined approach is central to the new WHO/FAO/OIE recommendations on AMR.

Other types of pollution and hospital waste

Industrial wastes, hospitals, farms, and agriculture are also possible sources or drivers of antibiotic resistance.

For example, about ten years ago, one of us (David) studied metal pollution in a Cuban river and found the highest levels of resistant genes were near a leaky solid waste landfill and below where pharmaceutical factory wastes entered the river. The factory releases clearly impacted resistance levels downstream, but it was metals from the landfill that most strongly correlated with resistance gene levels in the river.

There is a logic to this because toxic metals can stress bacteria, which makes the bacteria stronger, incidentally making them more resistant to anything, including antibiotics. We saw the same thing with metals in Chinese landfills where resistance gene levels in the landfill drains strongly correlated with metals, not antibiotics.

In fact, pollution of almost any sort can promote antibiotic resistance, including metals, biocides, pesticides, and other chemicals entering the environment. Many pollutants can promote resistance in bacteria, so reducing pollution in general will help reduce antibiotic resistance – an example of which is reducing metal pollution.

A man climbs a wall of garbage at a landfill in Kenya. Credit: Dai Kurokawa/EPA-EFE

Hospitals are also important, being both reservoirs and incubators for many varieties of antibiotic resistance, including well known resistant bacteria such as Vancomycin-resistant Enterococcus (VRE) and Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). While resistant bacteria are not necessarily acquired in hospitals (most are brought in from the community), resistant bacteria can be enriched in hospitals because they are where people are very sick, cared for in close proximity, and often provided “last resort” antibiotics. Such conditions allow the spread of resistant bacteria easier, especially superbug strains because of the types of antibiotics that are used.

Wastewater releases from hospitals also may be a concern. Recent data showed that “typical” bacteria in hospital sewage carry five to ten times more resistant genes per cell than community sources, especially genes more readily shared between bacteria. This is problematic because such bacteria are sometimes superbug strains, such as those resistant to carbapenem antibiotics. Hospital wastes are a particular concern in places without effective community wastewater treatment.

Another critical source of antibiotic resistance is agriculture and aquaculture. Drugs used in veterinary care can be very similar (sometimes identical) to the antibiotics used in human medicine. And so resistant bacteria and genes are found in animal manure, soils, and drainage water. This is potentially significant given that animals produce four times more faeces than humans at a global scale.

Watch out for the cowpats. Credit: Annie Spratt/Unsplash

Wastes from agricultural activity also can be especially problematic because waste management is usually less sophisticated. Additionally, agricultural operations are often at very large scales and less containable due to greater exposure to wildlife. Finally, antibiotic resistance can spread from farm animals to farmers to food workers, which has been seen in recent European studies, meaning this can be important at local scales.

These examples show that pollution in general increases the spread of resistance. But the examples also show that dominant drivers will differ based on where you are. In one place, resistance spread might be fuelled by human faecal contaminated water whereas, in another, it might be industrial pollution or agricultural activity. So local conditions are key to reducing the spread of antibiotic resistance, and optimal solutions will differ from place to place – single solutions do not fit all.

Locally driven national action plans are therefore essential – which the new WHO/FAO/OIE guidance strongly recommends. In some places, actions might focus on healthcare systems whereas, in many places, promoting cleaner water and safer food also is critical.

Simple steps

It is clear we must use a holistic approach (what is now called “One Health”) to reduce the spread of resistance across people, animals, and the environment. But how do we do this in a world that is so unequal? It is now accepted that clean water is a human right embedded in the UN’s 2030 Agenda for Sustainable Development. But how can we achieve affordable “clean water for all” in a world where geopolitics often outweigh local needs and realities?

Global improvements in sanitation and hygiene should bring the world closer to solving the problem of antibiotic resistance. But such improvements should only be the start. Once improved sanitation and hygiene exist at global scales, our reliance on antibiotics will decline due to more equitable access to clean water. In theory, clean water coupled with decreased use of antibiotics will drive a downward spiral in resistance.

This is not impossible. We know of a village in Kenya where they simply moved their water supply up a small hill – above rather than near their latrines. Hand washing with soap and water was also mandated. A year later, antibiotic use in the village was negligible because so few villagers were unwell. This success is partly due to the remote location of the village and very proactive villagers. But it shows that clean water and improved hygiene can directly translate into reduced antibiotic use and resistance.

Public toilets in Haryana, India. Credit: Rinku Dua/Shutterstock.com

This story from Kenya further shows how simple actions can be a critical first step in reducing global resistance. But such actions must be done everywhere and at multiple levels to solve the global problem. This is not cost-free and requires international cooperation – including focused apolitical policy, planning, and infrastructure and management practices.

Some well intended groups have attempted to come up with novel solutions, but those solutions are often too technological. And western “off-the-shelf” water and wastewater technologies are rarely optimal for use in developing countries. They are often too complex and costly, but also require maintenance, spare parts, operating skill, and cultural buy-in to be sustainable. For example, building an advanced activated sludge wastewater treatment plant in a place where 90% of the population does not have sewer connections makes no sense.

Simple is more sustainable. As an obvious example, we need to reduce open defecation in a cheap and socially acceptable manner. This is the best immediate solution in places with limited or unused sanitation infrastructure, such as rural India. Innovation is without doubt important, but it needs to be tailored to local realities to stand a chance of being sustained into the future.

Strong leadership and governance is also critical. Antibiotic resistance is much lower in places with less corruption and strong governance. Resistance also is lower in places with greater public health expenditure, which implies social policy, community action, and local leadership can be as important as technical infrastructure.

Why aren’t we solving the problem?

While solutions to antibiotic resistance exist, integrated cooperation between science and engineering, medicine, social action, and governance is lacking. While many international organisations acknowledge the scale of the problem, unified global action is not happening fast enough.

There are various reasons for this. Researchers in healthcare, the sciences, and engineering are rarely on the same page, and experts often disagree over what should be prioritised to prevent antibiotic resistance – this muddles guidance. Unfortunately, many antibiotic resistance researchers also sometimes sensationalise their results, only reporting bad news or exaggerating results.

An Indian boy collects drinking water from a tap on the bank of Bay of Bengal. Credit: Piyal Adhirkary/EPA-EFE

Science continues to reveal probable causes of antibiotic resistance, which shows no single factor drives resistance evolution and spread. As such, a strategy incorporating medicine, environment, sanitation, and public health is needed to provide the best solutions. Governments throughout the world must act in unison to meet targets for sanitation and hygiene in accordance with the UN Sustainable Development Goals.

Richer countries must work with poorer ones. But, actions against resistance should focus on local needs and plans because each country is different. We need to remember that resistance is everyone’s problem and all countries have a role in solving the problem. This is evident from the COVID-19 pandemic, where some countries have displayed commendable cooperation. Richer countries should invest in helping to provide locally suitable waste management options for poorer ones – ones that can be maintained and sustained. This would have a more immediate impact than any “toilet of the future” technology.

And it’s key to remember that the global antibiotic resistance crisis does not exist in isolation. Other global crises overlap resistance such as climate change. If the climate becomes warmer and dryer in parts of the world with limited sanitation infrastructure, greater antibiotic resistance might ensue due to higher exposure concentrations. In contrast, if greater flooding occurs in other places, an increased risk of untreated faecal and other wastes spreading across whole landscapes will occur, increasing antibiotic resistance exposures in an unbounded manner.

Antibiotic resistance will also impact on the fight against COVID-19. As an example, secondary bacterial infections are common in seriously ill patients with COVID-19, especially when admitted to an ICU. So if such pathogens are resistant to critical antibiotic therapies, they will not work and result in higher death rates.

Regardless of context, improved water, sanitation, and hygiene must be the backbone of stemming the spread of AMR, including antibiotic resistance, to avoid the next pandemic. Some progress is being made in terms of global cooperation, but efforts are still too fragmented. Some countries are making progress, whereas others are not.

Resistance needs to be seen in a similar light to other global challenges – something that threatens human existence and the planet. As with addressing climate change, protecting biodiversity, or COVID-19, global cooperation is needed to reduce the evolution and spread of resistance. Cleaner water and improved hygiene are the key. If we do not work together now, we all will pay an even greater price in the future.

David W. Graham is a Professor of Ecosystems Engineering at Newcastle University. David’s work combines methods from engineering, theoretical ecology, mathematics, biochemistry, and molecular biology to solve problems in environmental engineering at a fundamental level.

Peter Collignon is a Professor of Infectious Diseases and Microbiology at the Australian National University. Particular interests are antibiotic resistance (especially in Staph), hospital acquired infections (especially blood stream and intravascular catheter infections) and resistance that develops through the use of antibiotics in animals. Peter can be found on Twitter @CollignonPeter

A version of this article was originally published at the Conversation and has been republished here with permission. The Conversation can be found on Twitter @ConversationUS


Heterotypic resistance in Chlamydiae

There are only a few reports describing the isolation of antibiotic-resistant C. trachomatis strains from patients [50�]. Although 11 of the 15 reportedly resistant isolates were associated with clinical treatment failure, all of the isolates screened displayed characteristics of ‘heterotypic resistance’, a form of phenotypic resistance in which a small proportion of an infecting microbial species is capable of expressing resistance at any one time. This phenomenon has also been described in Staphylococcus spp. [56,57], and parallel observations of similar phenotypic resistant states can be referred to in the literature as drug indifference, persistence, tolerance and, in some cases, as properties of biofilms [58,59]. It is possible that these descriptors of bacterial interactions with antibiotics can be associated with chlamydial aberrancy and phenotypic antibiotic resistance in Chlamydiae. For example, tolerance is often specific to antibiotics that affect cell wall synthesis, as is shown in the penicillin persistence model of Chlamydiae [58,59].

In each case of clinical resistance reported, only a small portion of the population (ρ�%) expressed resistance, and those that did also displayed altered inclusion morphology. In addition, the isolates could not survive long-term passage (in the presence or absence of antibiotics) or lost their resistance upon passage. In some cases, heterotypic resistance was observed when a large inoculum was infected on to cells, but a smaller inoculum was not resistant under the same conditions [50,60]. Many of these characteristics suggest that a form of phenotypic resistance is responsible for the sustained presence of small populations of clinical strains of C. trachomatis under antibiotic stress and may be an adaptive behavior that influences the survival of bacteria within communities rather than stable genetic resistance mechanisms employed by singular cells.

A distinct characteristic of chlamydial growth is the asynchronous differentiation of RBs to EBs that begins relatively early and continues throughout the developmental cycle. A midstage inclusion will harbor actively dividing RBs as well as nondividing EBs. It is plausible that multistage development is an evolved trait that can ensure the survival of a subset of the population regardless of the timing of antibiotic or metabolic stress. AZM, clarithromycin, levofloxacin and ofloxacin approach 100% inhibition in synchronized assays, but when used in a continuous model of C. pneumoniae infection, none of these antibiotics eliminated the organism, even in the presence of concentrations greater than four-times their minimum inhibitory concentrations (MICs) [39,40,61]. A continuous model may more accurately reflect in vivo infections because inclusions of varying developmental stages will be present at any given time. The standard MIC assay synchronizes the infection and applies antibiotics within 1𠄲 h post infection, long before EB differentiation can be observed. Perhaps chlamydia are most vulnerable in the log-phase of growth prior to EB differentiation, and are capable of expressing phenotypic resistance when both replicating and nonreplicating forms are present. This principle is corroborated by other studies, in particular one in which ciprofloxacin and ofloxacin failed to eradicate C. trachomatis in infected cells and induced persistence when antibiotics were applied to established infections (2𠄳 days post infection) [41,43]. Although it is assumed that the inclusion is a nutrient-rich environment, it is unknown whether adequate nutrient levels can support replication and sustain active metabolism, or whether toxic byproducts accumulate, particularly in the late stages of the developmental cycle when several hundred bacteria occupy a single inclusion. These factors may also contribute to the onset of phenotypic or heterotypic resistance observed both in vivo a in vitro.

It is challenging to distinguish persistence from issues of treatment compliance, re-infection of treated patients and actual antibiotic resistance in Chlamydiae. It remains even more challenging to assess the relevance of heterotypic resistance when it is observed in strains isolated from patients with clinical treatment failure. In the absence of true genetic differences, it is challenging to find a way to study antibiotic resistance that arises only under certain conditions in approximately 1% of the population and which often does not appear to manifest itself following expansion of the bacteria.


EXPERIMENTAL EVIDENCE FOR OLD RESISTANCE

In silico analyses of orthologous gene sequences have predictive value, but is there experimental evidence that resistance pre-dates the clinical use of antibiotics? Besides the studies mentioned in the introduction to this review (Mather et al. 2014 Warinner et al. 2014), few instances of resistance have been found in the limited number of sequenced of ancient microorganisms from human samples. The genome sequence of Vibrio cholera from 19th century Philadelphia did not reveal any candidate resistance genes apart from efflux (Devault et al. 2014), nor were any specific resistance genes found in several strains of the plague-causing bacillus Yersinia pestis isolated from the plague of Justinian (541–543 AD) (Wagner et al. 2014). It is not altogether surprising that resistance genes would be found sparingly in the human microbiome before the clinical use of antibiotics, because there would have been no selective pressure to maintain them. In contrast, environmental microorganisms have coevolved with antibiotics produced in Actinobacteria, and are more likely to harbor examples of resistance genes from long ago. An unparalleled source of ancient DNA is the permanently frozen soil known as “permafrost,” found under an estimated 25% of the earth’s surface (Jansson and Tas 2014). Permafrost is defined as soil that has remained frozen for at least two consecutive years, but some Arctic and Antarctic permafrost has been frozen for 1–3 million years (Wagner et al. 2014). The DNA from permafrost can be isolated and queried experimentally for antibiotic resistance genes (among other things). The seminal work of D’Costa et al. (2011) on Beringian permafrost is complemented by studies showing that functional resistance genes can be retrieved from 5000-year-old DNA (Perron et al. 2015), and that resistance had mobilized to plasmids and transposons in ancient times (Mindlin et al. 2005 Petrova et al. 2011, 2014). Modern day microorganisms found in a cave that has been isolated from the surface for four million years have also been shown to harbor functional antibiotic resistance genes (Bhullar et al. 2012). A phylogenetic tree of macrolide phosphostransferases was generated using a sequence found in the genome of a cave organism (identified as Brachybacterium paraconglomeratum), and compared with a phylogeny of macrolide phosphotransferases from a terrestrial species of Brachybacterium (B. faecium DSM 4810) and environmental Bacillus cereus (Wang et al. 2015). Analysis of 10 kb upstream of and downstream from the mph revealed that MPHs from Brachybacterium strains from both cave and terrestrial origin cluster together as a separate group among known MPHs (Bhullar et al. 2012). The results of these studies provide direct experimental evidence that antibiotic resistance is ancient, and provide a glimpse into the evolutionary history of a natural environmental phenomenon.


Dutch research has shown that the development of permanent resistance by bacteria and fungi against antibiotiká cannot be prevented in the longer-term.

To help fight antibiotic resistance and protect yourself against infection:

  1. Don’t take antibiotiká unless you’re certain you need them. An estimated 30% of the millions of prescriptions written each year are not needed.
  2. Finish your pills.
  3. Get vaccinated.
  4. Stay safe in the hospital.

Antimicrobial Resistance & Europe: What Happened?

Europe used to be the voice of reason in antibiotic discovery and development, but that is no longer the case. The European Medical Agency, Europe's equivalent of the FDA, is requiring so many clinical trials for antibiotics that it is no longer feasible for companies to market the drugs in the E.U. ACSH advisor Dr. David Shlaes (pictured) explains.

I recently received a notification from John Rex and Kevin Outterson regarding the fact that many recently approved antibiotics will not be marketed in Europe. At first glance, I assumed that these products were simply unable to obtain a price that would provide for a return on investment leading the companies to abandon the European marketplace. But, based on the information provided by Rex and Outterson, it's more complicated and more discouraging than that.

To go back in time, during the struggles at the FDA starting around 2000, Europe almost seemed like a haven of regulatory bliss for antibiotic developers. Many of you will remember how antibiotics almost always were approved in Europe one or more years after their approval in the US during the last part of the last century. We viewed Europe as slow, cumbersome, and driven by inconsistent and often academic concerns. But these perceived faults were clearly overcome when Europe became a regulatory haven as an alternative to an FDA that had lost its way.

During my consulting years, that covered the worst of the FDA antibiotic crisis, I often advised my clients to work through European regulators primarily and put the FDA aside or at least on a lower priority in terms of trying to negotiate clinical trial designs that could lead to approval. My clients, perhaps correctly, noted that they would have a difficult time obtaining a return on their investment without the US market and as such, the FDA became a key hurdle for them to overcome. Unfortunately, years were lost in that struggle as were several of my clients.

Then, in 2012, the FDA awoke from their state of hibernation realizing that the antibiotic pipeline had all but disappeared under their regulatory restrictions – especially for antibiotics targeting pneumonia and other serious infections. They quickly established new regulatory pathways that are more efficient and rapid for new antibiotics addressing resistant infections.

And here we are in 2020. Our antibiotic pipeline remains in shambles mainly due to a lack of a sufficient marketplace. But we must remember that “sufficient” depends on costs to get there and stay there. And costs, often, still depend greatly on the regulators.

Nabriva will not market Lefamulin in Europe partly because it is unable to find a commercial partner to drive sales. But more ominous in their recent SEC filing is the statement that they may not be able to continue to survive at all given marketing restrictions associated with COVID plus outstanding obligations and debt.

Plazomicin has been withdrawn from Europe apparently because the costs of the pediatric trials required in Europe “exceed all estimates of potential sales” in the region.

Eravacycline is the victim of the financial difficulties of its parent company, Tetraphase, its limited indication and its relatively poor advantages compared to competing products.

Paratek's omadacycline was withdrawn from consideration in Europe because the EMA insisted on a second trial in community-acquired pneumonia. Omadacycline was approved in the US based on two successful trials in skin infection and a single trial in pneumonia consistent with FDA guidelines for approval in both indications. FDA approved omadacycline for both indications but requested a second pneumonia study as a post-approval obligation.

In the case of both omadacycline and plazomicin, the regulators have doomed the products for the European market. Some may argue that these products do not deserve to be marketed given the availability of other agents. In fact, for omadacycline, that almost seems to be what the EMA is saying. On the other hand, the regulatory hurdles to the marketplace in Europe now become yet another nail in the coffin of new antibiotic investment in research and development. After placing so much hope in European regulators, I find I am profoundly disappointed in their actions.


Can drug-resistant bacteria lose their resistance?

In the modern world, we've come to depend upon antibiotics to rescue us from scary diseases that range from syphilis to leprosy. But one thing that really frightens doctors and public health professionals is the possibility that some of our most important antibiotics may stop working as bacteria develop resistance to them.

Unfortunately, that nightmare already is becoming a reality. A 2014 study by the World Health Organization (WHO) found high rates of antibiotic resistance among common bacteria ranging from E. coli do Staphylococcus aureus and reported that patients with drug-resistant infections in some cases are twice as likely to die. "The problem is so serious that it threatens the achievements of modern medicine," the report concluded. "A post-antibiotic era -- in which common infections and minor injuries can kill -- is a very real possibility for the 21st century" [source: WHO].

Antibiotic resistance is a result of the same basic evolutionary process that gave humans big brains and enabled us to walk upon two legs instead of dragging our knuckles on the ground. When a patient takes an antibiotic to fight a bacterial infection, the bacteria whose genetic makeup makes them susceptible to the drug are killed off or damaged. But not all of the bacteria die or become fatally weakened. That creates what geneticists call "selective pressure" for the survival of resistant strains of bacteria. Some may develop spontaneous mutations that produce enzymes that deactivate antibiotics, or else close up the entry ports that allow antibiotics into a cell. Bacteria can use viruses to transfer their drug-resistant genes from one individual to another. So once one bacterium is resistant, others quickly can join the club [source: APUA].

The good news: Bacteria can also lose their resistance to antibiotics, as well. Genetics has a sort of "use it or lose it" principle. When the selective pressure that encourages the mutations to spread is eliminated, it's possible for a bacterial population to revert to its former state of vulnerability [source: APUA].

Unfortunately, this reversal process occurs more slowly than the creation of the resistance [source: APUA]. So we probably can't depend upon it to save us from antibiotic-resistant diseases. Instead, we're better off limiting our use of antibiotics to only when it's necessary.


Inštitút pre výskum stvorenia

Often the claim is made in biology classes that evolution has been observed in certain microbes&mdashgerms that over time have developed a resistance to antibiotics. For instance, penicillin is generally now less effective than before. Stronger and more focused drugs have been developed, each with initial benefits, but which must continue to be replaced with something stronger. Now, "super germs" defy treatment.

One might ask, have these single-celled germs "evolved"? And does this prove that single-celled organisms evolved into plants and people?

As is frequently the case, we must first distinguish between variation, adaptation, and recombination of existing traits (i.e., mikroevolution) and the appearance of new and different genes, body parts, and traits (i.e., macroevolution). Does this acquired resistance to antibiotics, this population shift, this dominant exhibition of a previously minority trait point to macroevolution? Since each species of germ remained that same species and nothing new was produced, the answer is no!

Here's how it works. In a given population of bacteria, many genes are present which express themselves in a variety of ways. In a natural environment, the genes (and traits) are freely mixed. When exposed to an antibiotic, most of the microbes die. But some, through a fortuitous genetic recombination, possess a resistance to the antibiotic. They are the only ones to reproduce, and their descendants inherit the same genetic resistance. Over time, virtually all possess this resistance. Thus the population has lost the ability to produce individuals with a sensitivity to the antibiotic. No new genetic information was produced indeed, genetic information was lost.

A new line of research has produced tantalizing results. Evidently, when stressed, some microbes go into a mutation mode, rapidly producing a variety of strains, thereby increasing the odds that some will survive the stress. This has produced some interesting areas for speculation by creationists, but it still mitigates against evolution. There is a tremendous scope of genetic potential already present in a cell, but E. coli bacteria before stress and mutation remain E. coli. Minor change has taken place, but not true evolution.

Furthermore, it has been proven that resistance to many modern antibiotics was present decades before their discovery. In 1845, sailors on an ill-fated Arctic expedition were buried in the permafrost and remained deeply frozen until their bodies were exhumed in 1986. Preservation was so complete that six strains of nineteenth-century bacteria found dormant in the contents of the sailors' intestines were able to be revived! When tested, these bacteria were found to possess resistance to several modern-day antibiotics, including penicillin. Such traits were obviously present prior to penicillin's discovery, and thus could not be an evolutionary development. 1

Here's the point. Mutations, adaptation, variation, diversity, population shifts, etc., all occur, but, these are not macroevolutionary changes.

* Dr. John Morris is President of ICR.

Cite this article: Morris, J. 1998. Do Bacteria Evolve Resistance to Antibiotics? Akty a fakty. 27 (10).