Antybiotyki to silne i szybko działające leki, zaprojektowane do eliminacji zakażeń bakteryjnych. Jednak w ostatnich latach ich skuteczność spada, ponieważ bakterie oporne na antybiotyki nadal ewoluują i rozprzestrzeniają się.
Staphylococcus aureus (gronkowiec złocisty) jest jednym z głównych patogenów odpowiedzialnych za zakażenia związane z antybiotykoopornością i powikłania prowadzące do zgonów. Jest również najczęstszą infekcją bakteryjną wśród osób cierpiących na cukrzycę – przewlekłą chorobę, która zaburza kontrolę poziomu cukru we krwi i osłabia zdolność organizmu do zwalczania zakażeń.
Mikrobiolodzy dr Brian Conlon i dr Lance Thurlow z Uniwersytetu Karoliny Północnej (UNC) w USA wykazali, że osoby z cukrzycą są bardziej narażone na rozwój szczepów Staphylococcus aureus opornych na antybiotyki. Wyniki ich badań, opublikowane w Science Advances, pokazują, w jaki sposób środowisko mikrobiologiczne organizmu chorego na cukrzycę sprzyja powstawaniu opornych mutacji, a jednocześnie sugerują potencjalne strategie ograniczenia antybiotykooporności w tej grupie pacjentów.
„Odkryliśmy, że antybiotykooporność pojawia się znacznie szybciej w modelach cukrzycowych niż w modelach bez cukrzycy” – powiedział dr Conlon, profesor nadzwyczajny w Katedrze Mikrobiologii i Immunologii UNC. „Interakcja między bakteriami a cukrzycą może być jednym z głównych czynników napędzających szybki rozwój i rozprzestrzenianie się antybiotykooporności, który obserwujemy na całym świecie.”
Cukrzyca jako czynnik selekcyjny dla bakterii opornych na antybiotyki
Cukrzyca zaburza metabolizm glukozy, co często prowadzi do podwyższonego poziomu cukru we krwi. Staphylococcus aureus doskonale wykorzystuje to środowisko – dzięki nadmiarowi glukozy może szybciej się namnażać. Dodatkowo, osłabienie układu odpornościowego w cukrzycy sprawia, że bakterie mogą się swobodnie rozwijać i unikać mechanizmów eliminacji przez organizm.
Wzrost liczby bakterii w zakażeniu cukrzycowym zwiększa także prawdopodobieństwo powstania oporności. W populacji bakterii dochodzi do losowych mutacji, a niektóre z nich prowadzą do odporności na stresory zewnętrzne, takie jak antybiotyki. Gdy w zakażeniu cukrzycowym pojawi się mutant odporny na antybiotyk, szybko przejmuje kontrolę nad całą populacją bakteryjną, wykorzystując nadmiar glukozy do jeszcze szybszego namnażania się.
„Staphylococcus aureus jest wyjątkowo dobrze przystosowany do wykorzystania środowiska cukrzycowego” – podkreślił dr Thurlow, adiunkt mikrobiologii i immunologii na UNC. „Kiedy pojawi się mutacja oporności, nadmiar glukozy i brak skutecznej odpowiedzi immunologicznej sprawiają, że oporne szczepy przejmują całą populację bakterii w ciągu zaledwie kilku dni.”
Badania na modelu cukrzycy wykazały gwałtowną selekcję bakterii opornych na antybiotyki
Conlon i Thurlow przeprowadzili eksperyment na modelu mysim zakażonym Staphylococcus aureus. Zwierzęta podzielono na dwie grupy – jedna otrzymała substancję niszczącą komórki trzustki (co wywołało cukrzycę), a druga pozostała zdrowa. Następnie obie grupy zakażono S. aureus i leczono antybiotykiem – ryfampicyną, znanym z szybkiego tempa rozwoju oporności.
Po pięciu dniach badacze zauważyli, że ryfampicyna praktycznie nie działała na myszy z cukrzycą. Analiza pobranych próbek wykazała, że bakterie ewoluowały w kierunku całkowitej oporności na antybiotyk – w zakażeniu cukrzycowym znajdowało się ponad sto milionów opornych bakterii. Co więcej, proces ten zaszedł w ciągu zaledwie czterech dni. W grupie kontrolnej (bez cukrzycy) nie wykryto opornych szczepów.
Aby potwierdzić swoje obserwacje, naukowcy powtórzyli eksperyment, wprowadzając do zakażenia zarówno bakterie wrażliwe, jak i oporne na ryfampicynę. Ponownie okazało się, że w cukrzycy szczepy oporne szybko zdominowały zakażenie, podczas gdy w grupie zdrowej pozostawały jedynie subpopulacją.
Czy można ograniczyć rozwój antybiotykooporności w cukrzycy?
Odkrycia te sugerują, że rozwój antybiotykooporności u pacjentów z cukrzycą stanowi istotne zagrożenie dla zdrowia publicznego. Oporne szczepy bakterii mogą bowiem łatwo przenosić się między ludźmi – drogą kropelkową, przez kontakt z powierzchniami i żywność – co czyni zapobieganie takim zakażeniom kluczowym wyzwaniem.
Badacze zwracają uwagę na jedną skuteczną strategię: kontrolowanie poziomu cukru we krwi. W modelu cukrzycowym podanie insuliny prowadziło do normalizacji poziomu glukozy, co ograniczało namnażanie się bakterii i znacząco zmniejszało ryzyko pojawienia się mutacji oporności na antybiotyki.
„Oporność na antybiotyki nie zależy wyłącznie od ich przepisywania, ale także od stanu zdrowia pacjentów, którzy je przyjmują” – zaznaczył dr Conlon. „Utrzymywanie prawidłowego poziomu glukozy staje się więc kluczowe. W naszym badaniu, gdy podawaliśmy myszom insulinę, ich poziom cukru wracał do normy i nie dochodziło do gwałtownej proliferacji opornych bakterii.”
W kolejnych badaniach Conlon i Thurlow planują zbadać ewolucję oporności wśród ludzi – zarówno diabetyków, jak i osób zdrowych. Zamierzają także przyjrzeć się innym antybiotykoopornym bakteriom, takim jak Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa i Streptococcus pyogenes. Ponadto badacze chcą sprawdzić, czy pacjenci poddawani chemioterapii lub po przeszczepach również są bardziej podatni na rozwój zakażeń opornych na antybiotyki.
Źródło: Science Advances, University of North Carolina Health Care
