Antibioottiresistentit bakteerit uhrautuvat heikompien toverien puolesta

Bakteeritkin uhrautuvat saman kasvuston toisten bakteerien puolesta, havaittiin Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa. Bakteerikasvustossa olevat antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit erittävät indoli-nimistä yhdistettä, jonka turvin antibiootille herkät bakteerit pystyvät puolustautumaan. Indolin tuottaminen rasittaa kuitenkin resistenttejä bakteereita, joten ne kasvavat huonommin. Havainto tarjoaa uuden mahdollisuuden taistella tauteja aiheuttavia mikrobeja vastaan.
Antibioottiresistentit bakteerit ovat nousseet terveydenhuollon ongelmaksi kaikkialla maailmassa. Uusien antibioottien kehittäminen on hidasta ja bakteerit näyttävät voittavan kilpajuoksun. Monista yleisesti sairauksia aiheuttavista bakteereista kuten streptokokeista ja kolibakteereista on kehittynyt lähes kaikille käytössä oleville antibiooteille vastustuskykyisiä kantoja, esimerkiksi MRSA.

Vastustuskyky perustuu bakteerin perimän muutokseen. Tähän asti on oletettu että tietyssä bakteeripopulaatiossa kaikkien bakteerien vastustuskyky on suunnilleen samanlainen eli kaikki ovat geneettisesti samanlaisia. Uusi tutkimus osoittaa että tilanne on mutkikkaampi.

Harvardin ja Bostonin yliopistoissa tehdyssä kokeessa kasvatettiin antibioottiresistenttejä kolibakteereita laboratorioastiassa, bioreaktorissa, jonne ruiskutettiin norflaksasiini-antibioottia pieniä määriä. Bioreaktorista otettiin määräajoin näytteitä ja mitattiin paljonko antibioottia tarvittiin tappamaan näytteen bakteerit.

Yllättäen osoittautui että koko bioreaktoriin tarvittiin selvästi enemmän norflaksasiinia kuin näytteisiin. Toisin sanoen, koko kasvuston antibioottiresistenssi oli ”vahvempi” kuin siitä otetun osan. Tarkempi analyysi osoitti että erittäin kestäviä kolibakteereita oli varsin vähän, tyypillisesti vajaa prosentti koko kasvustosta.

Kun resistenttejä bakteereita altistettiin norflaksasiinille, viljelmään ilmaantui runsaasti tiettyä entsyymiä, tryptofanaasia, joka hajottaa tryptofaani-aminohappoa. Yksi hajoamistuotteista on indoli, signaalimolekyyli, jota kolibakteerin tiedetään tuottavan stressaavissa oloissa.

Indoli auttaa antibiooteille herkkien kolibakteerien puolustautumista kahdella tavalla. Ensinnäkin se käynnistää mekanismin, joka ”pumppaa” antibiootin eli bakteerin kannalta tappavan myrkyn ulos solusta. Lisäksi se käynnistää suojausprosessin, jolla bakteeri puolustautuu ns. oksidatiivista stressiä eli ns. vapaiden radikaalien aiheuttamaa hapettumista vastaan. Muutama vuosi sitten havaittiin että antibioottien toiminta bakteerimyrkkynä perustuu osittain oksidatiiviseen stressiin.

Myös muut antibiootit tuottivat saman tuloksen eli indolin erittymisen kolibakteerikasvustossa. Muutkin bakteerityypit erittävät indolia, joten kyseessä voi olla yleisempi bakteeriyhteisön puolustautumismekanismi.

Indolin tuottaminen vaatii energiaa ja resursseja, joten sitä tuottavat antibioottiresistentit kolibakteerit eivät pysty kasvamaan yhtä hyvin kuin ilman antibiootin aiheuttamaa rasitusta. Ne tavallaan siis uhrautuvat kasvuston puolustuskyvyttömien bakteerien puolesta. Siinä tutkimusaihe altruismin evoluution tutkijoille.

(YLE tiede, Nature)