Τα ‘ευρηματικά’ τα βακτήρια έχουν προσθέσει στον εξοπλισμό τους εναντίον των αντιβιοτικών έναν κρυφό μηχανισμό αντίστασης που μπορεί να ενεργοποιηθεί σχεδόν αμέσως, χωρίς να αφήσει γενετικό ίχνος και που είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευτεί με τυπικές εργαστηριακές εξετάσεις.
Οι ερευνητές αναγνωρίζουν όλο και περισσότερο ότι αυτή η βακτηριακή στρατηγική, που ονομάζεται «ετεροανθεκτικότητα» (heteroresistance), συνεισφέρει στην αποτυχία των αντιβιοτικών. Η αναγνώριση αυτής της βακτηριακής στρατηγικής, λένε οι ειδικοί, είναι το πρώτο βήμα για την καταπολέμησή της.
Για δεκαετίες, επιστήμονες όπως ο David Weiss, μικροβιολόγος στο Emory Antibiotic Resistance Center στην Ατλάντα των ΗΠΑ θεωρούσαν την αντίσταση στα αντιβιοτικά ως κάτι που ένα βακτήριο έχει ή δεν έχει. Αλλά «τώρα, συνειδητοποιούμε ότι αυτό δεν συμβαίνει πάντα», σχολιάζει.
Κανονικά, τα γονίδια καθορίζουν το πώς τα βακτήρια αντιστέκονται σε ορισμένα αντιβιοτικά. Για παράδειγμα, τα βακτήρια θα μπορούσαν να αποκτήσουν μια γονιδιακή μεταλλαγή που τους επιτρέπει να απενεργοποιούν χημικά τα αντιβιοτικά. Σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να κωδικοποιούν πρωτεΐνες που εμποδίζουν τα φάρμακα να διαπεράσουν τα βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα. Αλλά αυτό δεν ισχύει για τα ετεροανθεκτικά βακτήρια, τα οποία νικούν τα φάρμακα που έχουν σχεδιαστεί για να τα σκοτώνουν χωρίς τα ίδια να διαθέτουν γονίδια αντίστασης. Μάλιστα, όταν δεν εκτίθενται σε αντιβιοτικά, αυτά τα βακτήρια μοιάζουν με όλα τα υπόλοιπα.
Όταν τα τυπικά ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια πολλαπλασιάζονται, περνούν γονίδια ανθεκτικότητας στην επόμενη γενιά, δημιουργώντας μια λεγεώνα ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων που συλλογικά αντιστέκονται στη θεραπεία. Αντίθετα, τα βακτήρια σε έναν ετεροανθεκτικό πληθυσμό είναι ευαίσθητα στα αντιβιοτικά. Όμως, σε ορισμένες δόσεις ενός αντιβιοτικού, ένα μικρό ποσοστό αυτού του πληθυσμού - μόλις 1 στο εκατομμύριο - μπορεί να γίνει ανθεκτικό και να επιβιώσει από τα φάρμακα ενώ ο υπόλοιπος πληθυσμός σταματά να αυξάνεται και πεθαίνει. Αυτά τα ανθεκτικά βακτηριακά κύτταρα δύσκολα ανιχνεύονται από τους ερευνητές γιατί είναι διάσπαρτα.
Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο έχουν αφιερώσει χρόνια διερευνώντας γιατί και πώς αναπτύσσεται η ετεροανθεκτικότητα των βακτηρίων, ώστε να μπορέσουν να βελτιώσουν την ανίχνευσή τους. Τώρα, νέες ενδείξεις αρχίζουν επιτέλους να εμφανίζονται.
Πρόσωπο με πρόσωπο με αδίστακτα βακτήρια
Η πρώτη συνάντηση της μικροβιολόγου στο πανεπιστήμιο της Ουψάλα Karin Hjort με την ετεροανθεκτικότητα έγινε τυχαία πριν από περίπου 10 χρόνια, όταν ανέπτυξε βακτήρια, στέλεχος προς στέλεχος, τους χορήγησε θανατηφόρες δόσεις αντιβιοτικών, χαρακτήρισε τυχόν επιζώντα ως «ανθεκτικά» και τα πάγωσε. Όταν τα ξεπάγωσε, τα έψαξε για γενετικές αλλαγές ή μεταλλαγές, που τα βοηθούν να ‘εξαπατούν’ τον θάνατο. Αλλά αυτή τη φορά, στα φαινομενικά ανθεκτικά στελέχη, δεν βρήκε καμία μεταλλαγή και δεν μπορούσε να καταλάβει γιατί. Φαινόταν σαν αυτά τα βακτήρια να είχαν χάσει την ανθεκτικότητά τους κατά την κατάψυξη, αλλά στη συνέχεια ανακάλυψε μια ερευνητική εργασία δεκαετιών που περιέγραφε ένα φαινόμενο το οποίο οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ντέιβις ονόμασαν «ετεροανθεκτικότητα». Κατά την ετεροανθεκτικότητα, ένας πληθυσμός ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων μπορούσε να αναδυθεί με ασυνήθιστα γρήγορο ρυθμό από έναν φαινομενικά ευαίσθητο πληθυσμό.
Στην πραγματικότητα, η «ετεροανθεκτικότητα» αναφέρθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1940, αλλά το φαινόμενο ήταν πολύ δύσκολο να μελετηθεί χωρίς έναν σαφή ορισμό. Έτσι για χρόνια οι επιστήμονες αγωνίζονταν να συγκρίνουν τις παρατηρήσεις τους.
«Όλοι μιλούσαμε για ετεροανθεκτικούς πληθυσμούς βακτηρίων με διαφορετικούς τρόπους αλλά δεν υπήρχε κανένα πρότυπο για να συμφωνήσουμε», σχολίασε στο Live Science ο Omar El-Halfawy , μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Regina στον Καναδά. Αποφασισμένος να βγάλει άκρη, το 2015 ο ίδιος εξέτασε κάθε μελέτη που περιέγραφε την ετεροανθεκτικότητα και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι εκείνη εμφανίζεται όταν ένα μέρος ενός πληθυσμού βακτηρίων μπορεί να αντέξει σε καλλιέργεια πολύ υψηλότερη συγκέντρωση αντιβιοτικών από τον υπόλοιπο πληθυσμό. Οι επιστήμονες υιοθέτησαν αυτόν τον ορισμό το 2015 και από τότε ο αριθμός των δημοσιεύσεων με κριτές σχετικά με την ετεροανθεκτικότητα διπλασιάστηκε.
‘Παραπλανώντας’ τα τεστ
Το κλάσμα των βακτηρίων σε έναν ετεροανθεκτικό πληθυσμό μπορεί να είναι από 1 στο 1 εκατομμύριο έως 1 στα 10.000. Είναι τόσο σπάνιο που οι τυπικές κλινικές μικροβιολογικές εξετάσεις το ‘χάνουν’ εύκολα, όπως μια «βελόνα στα άχυρα»
Συχνά τα βακτήρια περνούν από την ευαισθησία στην ανθεκτικότητα σταδιακά και μέσα σε αρκετές ημέρες. Όμως στην ετεροανθεκτικότητα, η μετάβαση είναι σχεδόν άμεση και αυτή η εναλλαγή ευπάθειας και ανθεκτικότητας, μπερδεύει τις εργαστηριακές δοκιμές.
Μέχρι στιγμής, η μόνη μέθοδος για τον εντοπισμό της ετεροανθεκτικότητας ονομάζεται προφίλ ανάλυσης πληθυσμού (population analysis profiling, PAP). Για να πραγματοποιήσουν αυτό το τεστ, οι μικροβιολόγοι αναπτύσσουν βακτήρια σε μια σειρά από τρυβλία Petri που περιέχουν διαφορετικές συγκεντρώσεις αντιβιοτικών. Επειδή το PAP καλύπτει μια σειρά από βακτηριακές πυκνότητες, το τεστ μπορεί να εντοπίσει μοτίβα που δεν ανιχνεύονται κανονικά από τα τυπικά τεστ.
«Αλλά η μέθοδος είναι επίπονη», λέει η Hjort. Όταν επιπλέον μεταβλητές - όπως ο τύπος του αντιβιοτικού ή οι κυτταρικές πυκνότητες - προστίθενται στην εξίσωση, ο αριθμός των τρυβλίων 3πλασιάζεται ή 4πλασιάζεται και επειδή είναι τόσο κουραστικό στις μετρήσεις, το PAP δεν γίνεται συνήθως σε κλινικό περιβάλλον.
Ο Weiss υπέθεσε ότι για την ανίχνευση ετεροανθεκτικότητας, μελλοντικές δοκιμές θα χρειαζόταν να παρακολουθούν τα βακτήρια σε επίπεδο ενός κυττάρου και να έχουν ανάλυση κυττάρων 1 στο 1 εκατομμύριο. Κάποιες έρευνες κάνουν ήδη βήματα προς αυτή την κατεύθυνση, είπε, αλλά καμία από αυτές τις εξελίξεις δεν έχει φτάσει ακόμη στην κλινική. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας διότι με ένα γρήγορο τεστ οι ασθενείς με ετεροανθεκτικές βακτηριακές λοιμώξεις θα μπορούσαν να λάβουν τα σωστά φάρμακα εξαρχής.
Ανατρέποντας τις προβλέψεις
Επειδή η ετεροανθεκτικότητα εμφανίζεται χωρίς μόνιμες γενετικές μεταλλαγές, η ομάδα της Hjort θέλησε να μάθει εάν συμβαίνουν προσωρινές αλλαγές στο βακτηριακό γονιδίωμα που θα μπορούσαν να εξηγήσουν το φαινόμενο.
Η ίδια παρατήρησε ότι δύο ομάδες βακτηρίων θα μπορούσαν να έχουν τουλάχιστον οκταπλάσια διαφορά στην αντοχή στα αντιβιοτικά σε έναν ετεροανθεκτικό πληθυσμό. Για να καταλάβει γιατί, δοκίμασε 28 αντιβιοτικά εναντίον μιας χούφτας πολυανθεκτικών στελεχών βακτηρίων όπως τα Escherichia coli , Salmonella enterica , K. pneumoniae και Acinetobacter baumannii. Αυτά τα «gram-αρνητικά» βακτήρια έχουν μια εξωτερική μεμβράνη που τα προστατεύει από τοξικές ουσίες και δυστυχώς δεν έχει εγκριθεί ούτε μία νέα κατηγορία αντιβιοτικών που να στοχεύει τα «αρνητικά κατά Gram» βακτήρια τα τελευταία 50 χρόνια .
Χρησιμοποιώντας μια τεχνική αλληλούχησης ολόκληρου του γονιδιώματος, η Hjort και οι συνεργάτες της διαπίστωσαν ότι ορισμένα βακτήρια έγιναν ετεροανθεκτικά φτιάχνοντας προσωρινά αντίγραφα υπαρχόντων γονιδίων που τα βοήθησαν να αποφύγουν τα αντιβιοτικά .
Νωρίτερα φέτος, επέκτειναν τη μελέτη τους για να συμπεριλάβουν το gram-θετικό βακτήριο Staphylococcus aureus που προκαλεί κοινές λοιμώξεις του δέρματος. Αυτό το βακτήριο δεν έχει εξωτερικές μεμβράνες και οι μηχανισμοί αντίστασής του είναι γενικά διαφορετικοί από εκείνους των gram-αρνητικών στελεχών.
Η Hjort και η ομάδα της εξέτασαν την αντοχή στα αντιβιοτικά σε 40 δείγματα ασθενών που είχαν προσβληθεί από S. aureus από τη Δανία, τη Νορβηγία, την Ισπανία και τη Σουηδία και, σύμφωνα με τα τυπικά τεστ, πρότειναν όλα τα βακτήρια θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν με 6 αντιβιοτικά.
Ωστόσο, το αποτέλεσμα PAP αποκάλυψε ετεροανθεκτικότητα σε περισσότερα από τα μισά από αυτά τα αντιβιοτικά. Αυτά τα βακτήρια δεν είχαν τυπικά γονίδια αντίστασης στα αντιβιοτικά και δεν είχαν κάνει αυθόρμητα αντίγραφα προστατευτικών γονιδίων όπως τα gram-αρνητικά βακτήρια.
Αντίθετα, η ετεροανθεκτικότητα συσχετίστηκε με χρωμοσωμικές σημειακές μεταλλαγές - αλλαγές σε μεμονωμένα ζεύγη βάσεων σε διάφορα γονίδια - που θα μπορούσαν να αντιστραφούν εάν συνέβαινε άλλη μεταλλαγή. Δεν είναι ακόμα σαφές τι κάνουν αυτές οι μεταλλαγές και γιατί η ετεροανθεκτικότητα εμφανίζεται μόνο έναντι ορισμένων φαρμάκων, αλλά η μεταβλητότητα στον τρόπο με τον οποίο εμφανίζεται η ετεροανθεκτικότητα, ανάλογα με το φάρμακο και το είδος που εμπλέκεται, υποδηλώνει ότι οι θεραπευτικές προσεγγίσεις θα πρέπει να είναι διαφορετικές, σημειώνει η Hjort.
Οι επιστήμονες έχουν πλέον αναφέρει βακτηριακή ετεροανθεκτικότητα σε σχεδόν κάθε κατηγορία αντιβιοτικών. Ωστόσο, η Hjort πιστεύει ότι χρειάζεται ένα πολύ μεγαλύτερο κλινικό σύνολο δεδομένων για την πλήρη κατανόηση της σχέσης μεταξύ της ετεροανθεκτικότητας και της επίδρασης των βακτηρίων στους ασθενείς.
