Mikroby izolowane w jaskini od 4 milionów lat są odporne na antybiotyki

0

Naukowcy z uniwersytetów w McMaster i Akron odkryli bakterie, które izolowane od środowiska zewnętrznego przez około 4 miliony lat, wykazują odporność na wiele rodzajów współcześnie używanych antybiotyków.

Egzobiologia i poszukiwanie życia w ekstremalnych warunkach nie są tylko i wyłącznie szalonym hobby. Powyższe znalezisko daje jasno do zrozumienia, że poszukiwania mikroorganizmów można łączyć z wymiernymi korzyściami, na przykład na polu medycyny.

Większość naukowców skłania się ku tezie, że bakterie nabywają swojej odporności na antybiotyki w kontakcie z nimi. Porównywanie szczepów z ery przed-antybiotykowej (1940 r.), wskazuje na to, że ludzka medycyna wywiera olbrzymi wpływ na ewolucję bakterii.

Tak jednak być nie musi. Odnaleziono już szczepy bakterii, izolowane od 30 tysięcy lat, odporne na antybiotyki. Można założyć, że swoich cech nabyły w kontakcie z ludźmi, kiedy ci eksperymentowali z pierwszymi, naturalnymi lekami. W takim wypadku co z mikrobami odkrytymi głęboko pod powierzchnią ziemi lub na dnie oceanów? One także wykazują odporność na antybiotyki. Ich kontakt z ludźmi prawdopodobnie nigdy nie nastąpił.

Dodatkową zagadką są wyniki badań z jaskini Lechuguilla Cave w Nowym Meksyku. Odkryte tam szczepy mikrobów, najprawdopodobniej od 4 milionów lat nie miały kontaktu ze światem zewnętrznym! Wzmacniają one hipotezę, że odporność bakterii na antybiotyki to cecha starożytna, zakodowana w pangenomie całego gatunku.

Czy Jaskinia Lechuguilla, w której dokonano odkrycia, jest miejscem wystarczająco zabezpieczonym przed ludzką obecnością? Najprawdopodobniej tak. Lechuguilla Cave od momentu swojego odkrycia została okryta zupełną ochroną, rocznie dopuszczanych do niej jest kilka grup badaczy. Dodatkowo, nie do wszystkich rejonów mają oni wstęp. Jasknia jest długa (ponad 200 kilometrów korytarzy) i głęboka (więcej niż pół kilometra).

Jest jaskinią hypogeniczną (więcej o tym typie jaskiń w ilustracjach). Od 7 milionów lat wapienne skały są drążone przez kwas siarkowy. Odkryto tutaj wiele ekstremofili. Szczęśliwym zrządzeniem losu, przez cały czas jaskinia była odcięta od wpływów środowiska zewnętrznego. Naukowcy chcą wciąż podtrzymać te warunki, dlatego wejścia do niej zabezpieczono.

Próbki bakterii pobierano na głębokości 300-400 metrów. Takie miejsca od 4-7 milionów lat są odseparowane od świata na zewnątrz. W jednym z nich od ponad 20 lat na pewno nie było żadnego człowieka (naukowca).

Zebrano 500 szczepów bakterii, z czego 93 wybrano do dalszych badań. 33% to bakterie gram-dodatnie a reszta gram-ujemne. Zanalizowano ich odporność na 26 różnych antybakteryjnych środków: naturalnych, pół-syntetycznych i syntetycznych molekuł.

Spośród bakterii gram-dodatnich, 70% wykazywało odporność na 3-4 rodzaje (zależnie od celu ich działania) antybiotyków. Na trzy szczepy żadnego efektu nie wywierało aż 14 antybiotyków. Wśród bakterii gram-ujemnych, 65% z nich wykazywało odporność na 3-4 klasy antybiotyków. Porównano także odporności poszczególnych gatunków, odkrytych w jaskini, z ich odpowiednikami na powierzchni na dane antybiotyki. Okazało się, że występują różnice, które świadczą o braku kontaktu między szczepami pod ziemią i na ziemi.

Badania ukazały także mechanizmy obrony przed antybiotykami – odkryto aż dwa wcześniej niezidentyfikowane. Świadczy to o tym, że odporność mikrobów na antybiotyki powinna być postrzegana znacznie szerzej niż dotychczas, ponieważ nawet izolowane szczepy ją wykazują. Dalsze badania takich gatunków, skupione na mechanizmach odpornościowych i ich ewolucji, pozwolą na doskonalsze opracowywanie przeciwbakteryjnych terapii lekami.

Patrząc na to z szerszej perspektywy – Układu Słonecznego – nie możemy wykluczać, że hipotetyczne życie na Marsie lub Europie, może mieć także duży wpływ na ziemską medycynę i biotechnologię. Stąd poszukiwanie życia poza naszą planetą zyskuje dodatkowy wymiar, zdrowotny i ekonomiczny.

Źródło:

Kirandeep Bhullar, Nicholas Waglechner, Andrew Pawlowski, Kalinka Koteva, Eric D. Banks, Michael D. Johnston, Hazel A. Barton, Gerard D. Wright. Antibiotic Resistance Is Prevalent in an Isolated Cave Microbiome. PLoS ONE, 2012; 7 (4): e34953 DOI: 10.1371/journal.pone.0034953

Ilustracja przedstawia poszczególne fazy tworzenia się jaskini hypogenicznej. Na początku, woda deszczowa przesączająca się przez warstwę skał miesza się z warstwą słonej wody uwięzionej w głęboko pod powierzchnią. Kolejnym krokiem są reakcje chemiczne zachodzące pod wpływem mieszania się dwóch różnych wód. Powodują one erozję otaczającej skały. Poziom wody słonej obniża się, a jaskinia drążona jest cały czas głębiej. Przy sprzyjających okolicznościach, możliwe jest zupełne odcięcie takiej jaskini od świata zewnętrznego, tak jak w przypadku jaskini Lechuguilla. Wtedy nie tworzy się do niej dojście na skutek erozji wyższych warstw skały (położonych nad jaskinią). (Credits: cave-exploring.com)

 

Poziom odporności poszczególnych szczepów bakterii z jaskini Lechuguilla na różne typy antybiotyków. Szczepy umieszczano w roztworze 20 mikrogram na mililitr danego antybiotyku. U góry szczepy gram-dodatnie, na dole gram-ujemne. Antybiotyki pogrupowane na zasadzie akcja/cel, gdzie każdy kolor oznacza cel ich działania. (Credits: PLoS ONE, adres i autorzy w tekście)

Share.

Comments are closed.