Antibiotic resistance

Forskere løser 30 år gammelt mysterium om hvordan resistente gener spredes

torsdag 15 jun 17
|

Kontakt

Tilmann Weber
Seniorforsker
DTU Biosustain
24 89 61 32

Kontakt

Xinglin Jiang
Forsker
DTU Biosustain
40 49 74 19

Kontakt

Anne Wärme Lykke
Kommunikationsmedarbejder
DTU Biosustain
21 12 37 70

Bakteriel sex afslører mekanismen

Ved at følge DNA-overførslen mellem bakterier har forskerne for første gang vist, at gener overføres via en hidtil ukendt mekanisme kaldet “carry back”, hvor den sygdomsfremkaldende mikrobe snupper gener fra fjerne slægtninge. Mekanismen virker overordnet set således:

  • Gram-negative bakterier har naturligt en evne, der kaldes konjugation, hvor bakterien kan injicere dets eget DNA ind i andre bakterieceller. Det kaldes den bakterielle ækvivalent til sex, fordi det normalt bruges til at udveksle geninformation mellem gram-negative bakterier. Nogle gange kan gram-negative bakterier også bruge denne mekanisme til at injicere DNA ind i gram-positive bakterier som Aktinobakterier.
  • Inde i Aktinobakterierne rekombineres det fremmede DNA med Aktinobakteriens resistensgener. Efter Aktinobakterien dør, frigives det rekombinerede DNA til det omkringliggende miljø.
  • Det injicerede DNA kan nu bruges som ”klæbe-DNA” og dermed sørge for, at resistensgenet kan optages af patogener gennem et fænomen kaldet naturlig transformation.

 

Forskere har afsløret, at visse sygdomsfremkaldende bakterier får deres resistensgener i en kompleks proces, der involverer bakteriel ”sex”. Denne viden kan potentielt føre til en mere målrettet indsats for at modvirke udbredelsen af antibiotikaresistens.

For at vinde kampen imod antibiotikaresistente bakterier forsøger forskere at finde ud af, hvor resistens-gener stammer fra. De forsøger også at identificere, hvordan generne er havnet i de sygdomsfremkaldende bakterier – såkaldte patogener. Dette svarer til at finde patient nul i et udbrud, hvilket ikke er nemt.

I mere end 30 år har forskere formodet, at resistensgener stammer fra netop de mikroorganismer, der producerer antibiotika ­– altså at generne kommer fra selve kilden til kuren. Men hidtil har forskerne ikke været i stand til at finde direkte bevis for overførslen.

Nu har forskning foretaget på Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability – DTU Biosustain – på Danmarks Tekniske Universitet for første gang vist, at antibiotikaresistente gener stammer fra det samme sted som antibiotikaforbindelserne, det vil sige fra en gruppe af jordbakterier kaldet Aktinobakterier.

Forskningen er just udgivet i det anerkendte tidsskrift Nature Communications.

Aktinobakterier indeholder mange antibiotikaresisensgener

Mere end tre fjerdedele af de nuværende antibiotika, der bliver brugt til at behandle infektioner hos mennesker, er produceret af Aktinobakterier, der naturligt indeholder antibiotikagener.

I forsøgene fandt forskerne til deres overraskelse ud af, at mange resistensgener i sygdomsfremkaldende mikrober (gram-negative patogener) mindede meget om resistensgener fundet i Aktinobakterier. I et af tilfældene var generne 100 % identiske.

”Man har formodet, at patogener kan optage resistensgener fra Aktinobakterier i flere årtier. Så med de 100 % identiske gener har vi nu fundet den rygende pistol,” siger postdoc Xinglin Jiang fra DTU Biosustain.

Gram-negative patogener er en stor gruppe af bakterier, der består af for eksempel pseudomonas, som kan forårsage lunge- og urinvejsinfektioner.

Ny mekanisme beskriver genoverførslen

Da forskningsprojektet begyndte, var det svært at forestille sig, hvordan sygdomsfremkaldende bakterier kan få gener fra Aktinobakterier, fordi de to grupper er så forskellige og slet ikke er relaterede til hinanden.

Ved at undersøge DNA-sekvensen omkring resistensgenerne opdagede holdet, at genoverførslen fandt sted via en ny mekanisme kaldet ”carry back”. Mekanismen består i, at den sygdomsfremkaldende bakterie grundlæggende har en primitiv form for ”sex” med Aktinobakterien og optager resistensgenerne efter Aktinobakteriens død.

Genoverførslen kan ske, hvis sygdomsfremkaldende bakterier kommer i kontakt med Aktinobakterier fx på en gård med dyr eller i jord forurenet med ubehandlet hospitalsaffald. På denne måde kan bakterierne blive resistente og senere inficere mennesker med uhelbredelige infektioner.

Forståelsen af resistensgenernes oprindelse er nøglen til at stoppe spredningen af antibiotikaresistens, forklarer seniorforsker Tilmann Weber fra DTU Biosustain:

”Vi kan ikke stoppe genoverførslen, men når vi ved, hvilke resistensgener patogenerne kan skjule, kan man personliggøre antibiotikabehandlingen. Med denne viden kan man også forsøge at udvikle nye antibiotika med andre egenskaber, som patogenerne ikke har et forsvar imod,” siger han