Ewolucja to w przyrodzie wszechobecny proces ale przez to, że przebiega powoli i stopniowo, żeby go zaobserwować na przykładzie zwierząt czy roślin potrzebny jest albo łut szczęścia albo lata doświadczeń i obserwacji. Mikrobiolodzy mają znacznie łatwiej. Nam wystarczą dni czy tygodnie. Ostatnio przeprowadziłem bardzo proste ale wiele mówiące doświadczenie. Przez dwa tygodnie w pożywce zawierającej stosunkowo niskie stężenie antybiotyku, hodowałem bakterie. Później wysiałem populacje tych bakterii z tego doświadczenia na pożywce zawierającej bardzo wysokie stężenie antybiotyku. Wyjściowe komórki nie miałyby szans na przeżycie w takich warunkach, ale dzięki temu, że przez dwa tygodnie miały kontakt z antybiotykiem w stężeniu groźnym ale nie zabójczym – były w stanie przeżyć. Na poniższym zdjęciu mamy dwa tygodnie ewolucji odporności bakterii na antybiotyki w pigułce:
Zdjęcie 1: Ewolucja w akcji.
Każda szalka (te większe kwadraty) zawiera 6 powtórzeń doświadczenia z jednego dnia (rzędy w niezbornie namazanej przeze mnie kratce), co daje w sumie 24 replikacje, bo 6x4 rzędy szalek. Im więcej zielonych kropek w kolumnach na szalce – tym więcej bakterii odpornych na antybiotyki, bo te kropki to nic innego niż nakropione bakterie tworząca na pożywce kolonie. Widać wyraźnie, że przez pierwsze 6 dni odporne bakterie pojawiały się tylko w kilku powtórzeniach i widać tylko 1, góra dwie kropki. Im dłużej trwało doświadczenie – tym więcej powtórzeń zawierało w swojej populacji odporne bakterie. A dodatkowa kropka to nie byle co. Bo kropki to efekt rozcieńczania bakterii dziesięciokrotnie. Co oznacza, że linia z jedną kropką zawiera 10 razy mniej bakterii niż linia z dwoma kropkami i aż 100 000 razy mniej niż linia z 6 kropkami na szalce. To oznacza, że w 14 dni bakterie odporne na wysoką dawkę antybiotyku nie dość, że wyewoluowały – bo w populacji wyjściowej ich nie było – to jeszcze w zależności od powtórzenia jest ich dziesiątki tysięcy – do milionów w każdym powtórzeniu.
Odpornościowe wojny
Co to oznacza dla nas i co oznacza dla stosowania antybiotyków? Antybiotyki są jednym z czterech najważniejszych przełomów w medycynie – razem z odkryciami, że drobnoustroje powodują choroby, szczepieniami i antyseptyką w szpitalach (tak, ledwie 150 lat temu mycie rąk przez lekarzy było traktowane jako ekstrawagancja). Ale stosowanie antybiotyków jest z góry skazane na porażkę. Odporność na antybiotyk prędzej czy później musi się rozwinąć. W tym prostym doświadczeniu pokazałem jak stosowanie niskich dawek antybiotyku powoduje, że nie dość, że nie leczy się choroby – bo bakterie są na taką dawkę odporne, to przy okazji selekcjonuje się szczepy odporne na znacznie wyższe dawki. To prowadzi do tego, że nawet gdybym w kolejnym doświadczeniu zastosował znacznie wyższą dawkę, bakterie byłyby już na nią w pewnym stopniu odporne. Gdybym od początku zastosował wysoką dawkę – odporność nie miałaby szans się rozwinąć. To bardzo ważne w wypadku leczenia pacjenta, bo w takim wypadku chcemy pozbyć się z jego organizmu chorobotwórczych bakterii – bez wyjątków. W ten sposób upewniamy się, że choroba nie odrodzi się za kilka dni razem z dodatkową odpornością na skuteczny wcześniej antybiotyk, powodując, że wtórna terapia będzie znacznie trudniejsza. Dlatego w trakcie choroby – z troski o własne zdrowie – warto doprowadzić terapię antybiotykową do końca, nawet jeżeli już czujemy się lepiej i kusi nas, żeby odstawić proszki.
Ktoś mógłby w tym momencie powiedzieć – to dobrze – w takim razie wystarczy stosować wysokie dawki antybiotyku i odporność nam nie grozi. Na pierwszy rzut oka mogłoby się tak wydawać. Ale żywot antybiotyku nie kończy się na naszym organizmie. Antybiotyki trafiają do kanalizacji, ścieków, wód gruntowych i gleby i szczepy odporne na antybiotyki rodzą się właśnie tam – w miejscach, gdzie antybiotyki istnieją w niskich stężeniach – zbyt niskich, żeby wszystko zabić ale w wystarczająco wysokich, żeby wspomagać selekcję odpornych szczepów. To właśnie z tego powodu w bitwie z bakteriami jesteśmy w niekorzystnej pozycji – odporność zawsze będzie się gdzieś pojawiała. Ale niekorzystna ≠ stracona. Są dwa bardzo istotne czynniki, które mogą nas uratować.
Medycyna kontratakuje
Pierwszym z nich jest bogactwo antybiotyków w przyrodzie. Istnieją tysiące potencjalnych antybiotyków, które możemy wykorzystać w medycynie, na które nie ma jeszcze odporności wśród drobnoustrojów chorobotwórczych. Organizmy morskie takie jak gąbki czy ukwiały stosują cały arsenał broni przeciwbakteryjnej, po to, żeby utrzymać w ryzach współżyjące z nimi bakterie. Prowadzi się na ten temat sporo badań ale nie skutkuje to wprowadzaniem nowych typów antybiotyków na rynek. Tu niestety wychodzi problem rynku leków. Ze względu na strach przed nieprzewidzianymi konsekwencjami nowego leku konieczne są bardzo szczegółowe badania kliniczne. A te kosztują miliony, jak nie miliardy. Wszystko OK w wypadku leków, które mają szansę szybko się zwrócić. Ale antybiotyki ostatniej szansy pójdą od razu na półkę i nie przyniosą zysku firmie – więc nie opłaca się inwestować w rozwój takiego leku. Dlatego w budowaniu ostatniej linii obrony przeciwko infekcjom powinniśmy stworzyć organizacje fundowane z środków publicznych – choćby i międzynarodowych. Stworzenie baterii kilku – kilkunastu antybiotyków ostatniej szansy – stosowanych tylko i wyłącznie w krytycznych przypadkach może okazać się najlepszą inwestycją z państwowych pieniędzy w historii.
Drugi czynnik wynika z genetycznego mechanizmu nabywania odporności. Odporność wiąże się dla bakterii z kosztem energetycznym. Ewolucja wypromuje odporność tylko wtedy kiedy koszt jest kompensowany przez końcowy zysk z posiadania odporności. W moim doświadczeniu hodowałem też bakterie w pożywce bez antybiotyku – w tej linii po dwóch tygodniach nie znalazłem ani pół odpornej bakterii. Co więcej – gdybym hodował moje odporne bakterie w pożywce bez antybiotyku, powoli ale konsekwentnie ilość odpornych bakterii zaczęłaby maleć. Bo nieodporne bakterie potrzebują mniej energii, a odporność nie daje żadnego zysku. Ważne w tej kwestii jest zrozumienie różnic w skali czasowej – odporność pojawia się szybko – bo posiadanie odporności w obecności antybiotyku to kwestia „być albo nie być” dla bakterii. Za to zanikanie odporności to proces długotrwały – bo zysk z utraty odporności to promile, jeśli nie ułamki promili energetycznego bilansu bakterii. Ale ważne jest to, że te promile w długim czasie oznaczają, że odporne bakterie będą mnożyły się o promile wolniej i w konsekwencji będą nieuchronnie zmierzały w kierunku wymierania o ile nie zaczniemy znowu stosować danego antybiotyku.
I tu szansa dla terapii antybiotykowej. Żeby utrzymać jej skuteczność musimy globalnie zastosować swoisty rodzaj trójpolówki. Globalnie zsynchronizować wykorzystywanie pewnych antybiotyków i w momencie, w którym zaczyna się pojawiać odporność szybko je wyfazowywać i zastępować nowym. Do tego potrzebujemy znacznie więcej antybiotyków niż mamy w tej chwili, ale to jest jak najbardziej realne. Im więcej rotacji – tym większa szansa na to, że odporność na pierwszy antybiotyk, który zastosowaliśmy, znikła już z naturalnych populacji.
Powrót biedy
W 1941, Albert Alexander, policjant z Oxfordu zaciął się podczas przycinania róż i nabawił się groźnej infekcji gronkowcem złocistym. Alexander był pierwszym pacjentem, któremu podano penicylinę. Terapia okazała się bardzo skuteczna i pacjent zapewne przeżyłby gdyby naukowcom nie wyczerpał się zapas leku. W czerwcu tego roku Brian Pool z Nowej Zelandii zmarł w wyniku komplikacji spowodowanych bakterią odporną na wszystkie dostępne antybiotyki. To, czy zatoczyliśmy pełne koło i z wchodzimy w erę post-antybiotykową, czy może napotkaliśmy jedynie tymczasowe trudności – zależy od tego czy weźmiemy pod uwagę ewolucję odporności bakterii czy będziemy jak do tej pory stosować antybiotyki lekkomyślnie. Do refleksji – zostawiam Was z listą rzeczy niemożliwych obecnie bez wsparcia antybiotyków – z tym bardziej lub mniej potrzebnymi procedurami medycznymi w erze post-antybiotykowej wiązałyby się z ogromnym ryzykiem śmierci (kilka do kilkudziesięciu %). Na tej podstawie odpowiedzcie sobie samemu na pytanie: antybiotyki są czy nie są dobrem:
- leczenie raka
- transplantacje
- utrzymywanie przy życiu osób w śpiączce
- operacje na otwartej klatce piersiowej
- operacje jamy brzusznej
- dializa nerek
- długotrwałe kroplówki dla przewlekle chorych
- operacje wstawiania sztucznego biodra
- operacje plastyczne
Odpowiedź nie powinna być trudna.
* Miejmy nadzieję nie we własnym antybiogramie
Komentarze