Voitaisiinko bakteerien antibioottiresistenssiä vähentää?
07.07.2011
Tiedetään, että monet bakteerit muodostavat resistenssin eli vastustuskyvyn antibiooteille. Tällaiset bakteerit huolestuttavat erityisesti lääkäreitä. Useat bakteerit selviävät hyvin myös myrkyllisiä metalleja sisältävissä ympäristöissä. Helsingin yliopistossa tutkitaan bakteerien antibiootti- ja metalliresistenssien geneettisiä mekanismeja.
Bakteerit ovat olleet läsnä maapallolla miljardeja vuosia. Samoin metallit, jotka ovat muodostuneet jo ennen elämän syntymistä. Antibiootitkin ovat mikrobien tuottamista aineista peräisin olevia luonnontuotteita, mutta niiden laajamittainen käyttö on alkanut vasta toisen maailmansodan jälkeen.
Helsingin yliopiston mikrobiologian tutkijat ovat kiinnostuneita bakteerien antibioottiresistenssin ja metalliresistenssin geneettisen tason mekanismeista.
”Vaikka bakteerien geneettisellä tasolla resistenssimekanismeissa on paljon yhteistä, niin evoluution aikaskaala on täysin eri. Bakteerit ovat aina kehittyneet selviämään metallia sisältävässä ympäristössä, kun taas antibiootit ovat tulleet kuvaan evoluution kannalta hyvin myöhään”, kertoo professori Marko Virta.
Tutkimus lähti liikkeelle uteliaisuudesta: mitä yhteistä ja eroja näillä kahdella resistenssillä on?
Mikrobiologi ei ajattele bakteereita ainoastaan pahoina eliöinä, vaikka iso osa mikrobiologian tutkimuksesta käsitteleekin tauteja aiheuttavia bakteereja. Marko Virta kertoo, että kuva bakteereista on muuttumassa.
”Bakteereilla on perustavanlaatuinen merkitys isoissa alkuainekierroissa. Ihmisen suolistossa ja iholla on myös paljon hyödyllisiä bakteereita. Tauteja aiheuttavat bakteerit ovat erikoistapaus, joita tosin iso osa mikrobiologian tutkimuksesta on käsitellyt.”
Erityiset resistenssigeenit aiheuttavat bakteerin vastustuskyvyn antibiooteille tai metalleille. Näiden resistenssigeenien on havaittu liikkuvan bakteerilta toiselle hyvin tehokkaasti, muutenkin kuin bakteerin jakaantumisen kautta. Tutkijat ovat nykyisin erityisen kiinnostuneita ympäristöistä, joissa resistenssigeenien siirtyminen bakteereilta toisille on hyvin nopeaa.
Harvat ja valitut bakteerit pärjäävät antibioottia sisältävässä ympäristössä. Vain ne bakteerit selviävät, jotka ovat vastustuskykyisiä kyseiselle antibiootille. Ihmisen kannalta tämä on tavallaan huono asia, sillä ihmisen syödessä antibioottia hyvät bakteerit kuolevat ja vain vastustuskykyiset jäävät henkiin. Myös metallit voivat saada bakteerien valikoitumista aikaan.
”Viimeisen 10–15 vuoden aikana on opittu, että antibioottiresistenttien geenien säilymisen kannalta antibioottia ei ole pakko olla jatkuvasti ympäristössä läsnä. Myös jotkut metallit voivat saada aikaan antibioottiresistenttien bakteerien valikoitumista.”
Bakteerien metalli- ja antibioottiresistensseissä on siis jotakin yhteistä. Vastikään on löydetty ns. mobiili-DNA-elementit, jotka ovat bakteerilta toiselle siirtyviä DNA-molekyylejä. Niissä on useamman eri antibiootin resistenssigeenien lisäksi myös metalliresistenssigeenejä. Yhden myrkyn läsnäolo voi vaikuttaa antibiootti- ja metalliresistenssin siirtymiseen bakteerilta toiselle.
Bakteerin lyijyresistenssin toiminta selvitettiin
Helsingin yliopiston tutkijat ovat ensimmäisenä maailmassa onnistuneet selvittämään bakteerin lyijyresistenssin toiminnan.
”Bakteerien soluissa on aina fosfaattia, jota kaikki elävät oliot tarvitsevat. Lyijyfosfaattiyhdiste on niukkaliukoinen eli saostuva. Saostunut aine taas ei yleensä ole soluissa aktiivinen. Bakteerin lyijyresistenssi toimii siten, että ionimuodossa liuoksessa oleva lyijy kuljetetaan ulos bakteerista. Bakteerin ulkopuolella solu tuottaa fosfaattia, johon lyijy saostuu. Minkään muun metallin resistenssi ei perustu siihen, että bakteeri hyödyntäisi metallin fosfaatin huonoa liukoisuutta. Oletamme, että bakteeri tuottaa fosfaattia juuri saostumista silmällä pitäen.”
Virta korostaa, että kyseessä on perustutkimuksellinen löytö.
”Jos haluaa miettiä mahdollisia sovelluksia, niin toki voi miettiä esimerkiksi lyijyn talteenottoa joistakin liuoksista tai sen poistoa ympäristöstä.”
Tutkimusta suomalaisilla kalankasvattamoilla
Tutkimusryhmä on tutkinut kalankasvattamoita, joissa on perinteisesti käytetty antibiootteja kalojen sairauksien hoidossa. Tutkijat ottivat näytteitä suomalaisten kasvattamoiden alta veden pohjasta ja myös kasvattamon läheisyydestä 200 metrin välein. Pohjanäytteistä tutkittiin tetrasykliinipitoisuutta ja tetrasykliiniresistenssi-geenien läsnäoloa. Tetrasykliini on ollut kalanviljelyn lisäksi käytössä myös ihmisten sairauksien hoidossa.
”Tutkimme neljän eri tetrasykliiniresistenssi-geenin läsnäoloa. Tuloksista käy ilmi, että suoraan kalankasvattamoiden alta otetuissa sedimenttinäytteissä on hyvin paljon resistenssigeenejä. Sen sijaan 200 metrin päässä ei ole enää mitään. Tetrasykliinejä ei ole käytetty enää kymmeneen vuoteen niiden tehoamattomuuden vuoksi. Myös Euroopan unioni sääntelee antibioottien käyttöä. Resistenssigeenejä löytyi hyvin paljon, mikä sopii kuvaan lääkkeiden tehoamattomuudesta. Hämmästyttävää on se, että 200 metrin päässä geenejä ei ole yhtään. Luulisi, että kapeassa salmessa geenien pitäisi levitä laajemmalle alueelle.”
Ympäristön kannalta geenien leviämättömyyttä voi pitää hyvänä asiana. Ryhmä tutki samoista pohjanäytteistä myös elohopean resistenssiä verratakseen antibiootin ja metallin resistenssien eroja.
”Elohopearesistenssigeenejä löytyi myös kasvattamon ulkopuolelta otetuista näytteistä. Elohopeapitoisuuksia ei sedimenttinäytteistä löytynyt, mutta sitä on voinut joskus olla kalanrehun käytön johdosta. Kalanrehussa on usein käytetty jauhettua kalaa, mikä taas voi sisältää elohopeaa. Tutkimme vielä käyttäytyykö metalliresistenssigeeni samalla tavalla kuin antibioottiresistenssigeeni.”
Lisää tietoa resistenssin leviämismekanismeista
Tutkimusryhmässä on myös kehitetty menetelmä, jolla voidaan tutkia ilman bakteerien kasvatusta resistenssigeenien esiintymistä.
”Geenien tutkimiseen näytteistä on olemassa menetelmät, joilla voidaan tutkia geenien määrää. Menetelmät eivät kerro mistä bakteereista ne ovat peräisin. Resistenssigeenien leviäminen eri bakteerien välillä on kiinnostava asia. Olemme kehittäneet menetelmää, jossa ilman bakteerien kasvatusta voisi tutkia sitä, missä bakteerissa resistenssigeeni on. Nyt menetelmä näyttää toimivan.”
Tulevaisuudessa menetelmälle on paljon odotuksia, sillä sitä voi Virran mukaan soveltaa monenlaiseen ympäristöä koskevaan mikrobiologiseen tutkimukseen. Esimerkiksi jätevedenpuhdistamon vedestä voisi ottaa talteen juuri ne bakteerit, joissa antibioottiresistenssigeeni on.
Tutkimus on tärkeää, sillä antibioottiresistenssin geneettisten leviämismekanismien tarkan ymmärtämisen avulla voitaisiin vähentää antibioottiresistenssin leviämistä.
”Tutkimme antibioottien lisäksi muita ympäristötekijöitä, jotka tehostavat resistenssigeenien siirtymistä bakteerilta toiselle ja lisäävät siten bakteerien vastustuskykyä antibiooteille. Tekijät voivat olla hyvinkin yksinkertaisia, kuten lämpötila tai pH. Geenien siirtymistä tehostavat ympäristötekijät ovat huono asia esimerkiksi jätevedenpuhdistamolla. Tutkimustiedon avulla geenien siirtymiselle otollisia olosuhteita voitaisiin vähentää, mikä voisi vähentää myös antibioottiresistenssin leviämistä”, Virta päättää.
Lue lisää:
Teksti: Risto Alatarvas
Kuvat: Risto Alatarvas ja Pixmac.fi
