Čtvrtek 23. září 2021, svátek má Berta
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet

Lidovky.cz

Bakterie vzdorují antibiotikům společně, umí se i obětovat

Věda

  18:45
Sebeobětování jedince ve prospěch celku se překvapivě vyskytuje také na úrovni mikroorganismů.

Escherichia coli foto: Shutterstock

Mikrobi vzájemně spolupracují, aby zdolali nepříznivé účinky léků. Někteří se pro přežití celé bakteriální populace obětují.

Tým amerických biologů pod vedením Jamese J. Collinse z Boston University kultivoval běžné laboratorní bakterie Escherichia coli a týral je přitom antibiotikem norfloxacinem. Jak se dalo očekávat, bakterie si postupem času na antibiotikum zvykly a začaly mu vzdorovat. Na konci pokusu vydržely pětkrát vyšší dávku léku než na počátku. V kontrolních vzorcích odebraných z kultivační nádoby ale bakterie zůstávaly k léku poměrně citlivé.

Obětaví pomocníci

Collins a spol. se rozhodli, že tuhle nesrovnalost důkladně prověří, a dostali se tak na stopu bakteriím, které dosahují odolnosti k antibiotikům obětavou spoluprací, při které se hrstka mikrobů obětuje ve prospěch většiny. Tento zcela nový typ rezistence popsali v článku publikovaném v prestižním vědeckém týdeníku Nature.

James Collins a jeho kolegové s velkým překvapením zjistili, že v kultivační nádobě, jejíž mikrobiální obyvatelstvo vzdoruje antibiotiku, je ve skutečnosti odolná k léku asi jen každá stá bakterie.

Odolnost bakterií v odebraných malých vzorcích záležela na tom, kolik rezistentních bakterií vědci při odběru zrovna zachytili. Plných 99 procent bakterií mělo v kultivační nádobě pod účinky antibiotika zahynout. Jejich přežití představovalo záhadu.

Antibiotika

Vědci se proto důkladněji podívali na hrstku rezistentních bakterií. Zjistili, že se liší od většiny bakteriální populace intenzivní prací genu, který zajišťuje rozklad aminokyseliny tryptofanu. Při této biochemické reakci může vznikat celá řada menších molekul a mezi nimi také indol.

Ten působí na bakterie jako živá voda. Díky němu dokážou vylučovat antibiotikum ze svých buněk a zbaví se jej dříve, než jim stačí citelně ublížit. Indol také přispívá v buňkách k likvidaci škod, jež antibiotikum stačilo napáchat.

Bakterie indol běžně vyrábějí a využívají ho k vlastní ochraně. V přítomnosti antibiotik ale jeho produkce klesá a bakterie zůstává bezbranná. Rezistentní bakterie z laboratoří Boston University dokážou díky mutaci výrobu indolu v přítomnosti antibiotik ještě zvýšit. Neméně důležitý je i fakt, že si nenechají indol pro sebe, ale hojně jím zásobují okolí. Díky tomu odolají antibiotiku i bakterie, které si samy ochrannou molekulu neumějí vyrobit.

Výsledek prospívá celé populaci. Paradoxně nejhůře jsou na tom její zachránci. Výroba indolu není jednoduchá a bakterie do ní musí investovat nemálo energie. Ta jim potom chybí pro ostatní životní aktivity. Bakterie zachránci proto pomaleji rostou a méně se množí. Z jejich strany jde o nezištné sebeobětování ve prospěch celku.

Collinsův tým prokázal, že spoluprací dokážou bakterie získat odolnost i k dalším antibiotikům. Indolová obrana proti antibiotikům je mezi bakteriemi celkem hojně rozšířená.

Znamená to, že tento typ rezistence objevený v laboratorních podmínkách, může přispívat k odolnosti k antibiotikům i u reálných původců nebezpečných bakteriálních onemocnění. Objev zároveň odhaluje slabinu spolupracujících bakterií. Pokud by se podařilo zabránit produkci indolu a jeho sdílení mezi bakteriemi, šance na zvládnutí infekce by výrazně stouply.

Bakterie si udrží genetickou pestrost Odolnost bakterií proti antibiotikům představuje závažnou komplikaci při léčbě mnoha infekčních onemocnění. Mikrobiologové měli o mechanismech, jakými si bakterie v přítomnosti léku zajistí přežití, celkem jasno. Odolnost k antibiotiku získá jen malý zlomek početné populace bakterií.

Geny, které rezistenci zajistí, s sebou nenesou žádnou výhodu. Někdy mohou svého nositele dokonce i mírně handicapovat. To vše se od základů změní, když je populace bakterií vystavena účinku léku. Bezvýznamná, nebo dokonce zatěžující dědičná vlastnost se najednou káže jako klíčová pro přežití. Bakterie, které tuto dědičnou vlohu postrádají, vyhynou. Přežije jen hrstka nositelů genu pro rezistenci a ta se namnoží do astronomických počtů.

Tento mechanismus vzniku rezistentních kmenů bakterií s sebou nese jednu velkou nevýhodu. V původní bakteriální populaci žili mikrobi, kteří nesli různé varianty genů a díky tomu měli "nadání" pro nejrůznější činnosti.

Nositelé genu pro rezistenci k antibiotikům mnohé z prospěšných genů postrádají. Nově vzniklá populace rezistentních bakterií je geneticky "jednobarevná". Změna podmínek ji může dostat do potíží, do jakých by původní geneticky pestrá populace vůbec neupadla. Nově objevený mechanismus "indolové" rezistence proti antibiotikům dovoluje přežít celé populaci bakterií a zachovává tak její genetickou pestrost bez významnější redukce.

Jak si mikrobi pomáhají

 Altruismus na úrovni jednobuněčných organismů není pro vědce novinkou. Rychle se množící mikrobi sdílejí často totožnou nebo velmi podobnou dědičnou informaci. Vážou je těsnější příbuzenské vazby, než jaké pojí sourozence nebo děti a jejich rodiče. Pokud se mikrob obětuje ve prospěch nositelů stejných genů, je to jako kdyby nezemřel a přežil v dědičné informaci svých příbuzných.

Někteří měňavkovití mikrobi se chovají v dobách hojnosti jako individualisté. Pasou se na bakteriích a jeden druhého si nevšímá. Když je potravy málo a měňavkám hrozí smrt hladem, začnou kolektivně bojovat o zachování dědičné informace, kterou sdílejí.

Některé měňavky se shluknou a vytvoří jakousi stopku. Na tu vylezou další měňavky a promění se v odolné spory. Měňavky ve stopce uhynou, ale předtím zajistí, že spory roznese vítr do okolí. Některé ze spor najdou příhodné podmínky k životu a založí novou kolonii. V té bude žít i nadále i dědičná informace nezištných stavitelů stopky.

Význam dědičné podobnosti pro udržení této spolupráce je názorně patrný v situacích, kdy do bídy upadnou na jednom místě dvě různé kolonie měňavek. Mikrobi budující stopku si dávají dobrý pozor na to, aby se jim po zádech nevyšplhaly měňavky z cizí kolonie a nezneužily jejich oběti ve svůj prospěch. Stopky nesou v drtivé většině případů spory pocházející z jejich vlastní kolonie.

Laboratoř

Bakterie dokážou spolupracovat i mezidruhově. Příkladem takové spolupráce je tvorba tzv. biofilmů. Bakterie vytvářejí tenké povlaky z molekul, jež vylučují do svého okolí. V nich se usadí pestré společenstvo mikrobů, kteří si vzájemně poskytují živiny a další důležité látky. Zplodina jednoho mikroorganismu může sloužit jako vítaná surovina jiného mikroba.

V biofilmech dokážou bakterie korodovat povrchy nejrůznějších materiálů, ale také obsazovat prostory v lidském organismu, kde by se za normálních podmínek neudržely. Boj s nákazou ve formě biofilmu je o to svízelnější, že biofilm chrání mikroby před účinkem léků. V biofilmu nedochází k sebeobětování jedné bakterie pro druhou, ale ke vzájemně výhodné spolupráci.

Autoři:

Talent funguje, když se nastartuje v mozku. Odemkněte ho, radí Jan Mühlfeit

Premium Dvaadvacet let pracoval ve firmě Microsoft po boku Billa Gatese. V byznysu se dostal na vrchol, ale také zažil strmý...

„Očkovat sa nechcu, je v tom sajrajt.“ Reportáž z obce, kde odmítají vakcínu

Premium Vyškovec je obec, kde se nejméně lidí z celé země nechalo očkovat proti koronaviru – jen necelých sedmnáct procent. V...

Když dva jsou málo. 5 pravd o sexu ve třech, které vám zatím nikdo neřekl

Premium Sex ve třech. Někdy o něm snil kdekdo z nás. Pojďme ovšem pohlédnout pravdě do očí. Pokud do své ložnice přizvete další...

Kolo štěstí se sebamedem: Vytočte si kosmetiku pro celou rodinu!
Kolo štěstí se sebamedem: Vytočte si kosmetiku pro celou rodinu!

Celý týden hrajeme o 400 hodnotných cen a slevy na kosmetiku značek sebamed, sebamed PRO! a sebamed Baby. Vytočte si i vy na kole štěstí kompletní...

Mohlo by vás zajímat