A baktériumszex hatástalanítja az antibiotikumokat

A baktériumok túlélési képessége gyakorlatilag korlátlan, mivel minden baktériumsejtben megtalálhatók az úgynevezett specifikus genetikai körök, amelyek kódolják az alkalmazkodást akár a környezet extrém változásai közepette is.  

A baktériumpopulációban ezek a genetikai körök kellően változatosan fordulnak elő ahhoz, hogy maga a közösség sokkal jobban tudjon alkalmazkodni a környezethez és így képes legyen túlélni a körülmények nagyfokú változásait is.

Dr. Gürol Süel, a Texasi Egyetem Southwestern Egészségügyi Központjának gyógyszertan docense arra derített fényt, hogy a genetikai körben kódolt változatosság olyan, mint egy színes befektetési potfólió, ami úgy lett összeállítva, hogy a lehető legkisebb legyen a bukás kockázata. Minden baktérium más és más körülményeket képes túlélni. Léteznek olyan ellenálló példányok, amik a legextrémebb körülmények között sem pusztulnak el.

A változatosság segíti a túlélést
Úgy tűnik, a baktériumokban a túlélés optimalizálva van. A változatosság segítségével a genetikai körök biztosítják, hogy minden körülmények között életben maradjon legalább néhány sejt, így a populáció túlélheti a krízist. A mikroorganizmusokon belüli változatosságnak emiatt le kell fednie a környezet változatosságát.

A genetikai köröket különböző gének és fehérjék alkotják a sejten belül, együttműködésük valamilyen biológiai folyamathoz vezet. A vizsgálat során a tudósok arra a genetikai körre koncentráltak, amely a baktériumok külső DNS-felvételének képességét szabályozza. Ennek különbözősége hozzájárul a sikeres túléléshez, a környezettől függően.

A genetikai körökben tapasztalható "biológiai zaj" hasonló a rádiózásban tapasztalt zajhoz, csak ezeket a környezeti tényezőkben bekövetkező ingadozások hozzák létre és hasznosak az élőlények szempontjából.

Valójában ez szabályozza a változatosságot a baktériumpopulációkon belül. A kutatók korábban már megállapították, hogy ha a genetikai körökben a zaj elér egy adott szintet, a baktériumok egyik állapotból a másikba mennek át (például spóra alakba).

Amikor jól jön a rendezetlenség
Dr. Süel és munkatársai nemcsak a természetben előforduló genetikai kört tanulmányozták, de megalkottak egy olyan szintetikus genetikai kört, amely egy másik útvonalon hozza létre ugyanazt a változást.

Meglepetten tapasztalták, hogy bár a mesterségesen létrehozott genetikai kör pontosabban működött és kevesebb zajt gerjesztett, kisebb változatosságot és csökkent túlélési képességet eredményezett a baktériumok között.

"Kiderült, hogy néha a rendezetlenség igenis jól jöhet" - mondta el Dr. Süel. "Minél változatosabbak a baktériumok, annál jobban tudnak alkalmazkodni a környezet változásaihoz."

A tudósok szerint a mesterséges alternatív genetikai körök megalkotása elvben alkalmazható az emberi sejtekre is és talán segíthet megmagyarázni, a beteg sejtek túlélése miért változik meg az egészségesekéhez képest.

Szex a védettségért
A baktériumok azonban nem csak az extrém környezeti hatásokhoz, de sajnos az antibiotikumokhoz is egyre jobban alkalmazkodnak. Egyes kórokozók különleges nemi életük miatt lesznek antibiotikum-rezisztensek, ez a tény pedig magyarázatot ad az egyre súlyosbodó probléma kialakulására.

A tüdőgyulladást és bakteriális agyhártyagyulladást okozó Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) baktérium évente világszerte körülbelül egymillió ember halálát okozza és a kórokozó egyre több antibiotikumra válik rezisztenssé, így rendkívül megnehezíti a kezelést. A londoni Imperial College tudósai azt feltételezik, hogy a pneumococcusok képesek más baktériumoktól, akár más fajtól is DNS-t és ezzel rezisztenciát átvenni.

A baktériumok általában aszexuálisan szaporodnak, ekkor osztódással két egyforma sejt születik, azonban néha a sejtek felvesznek máshonnan származó DNS-t is, ezt nevezik rekombinációnak vagy szexuális szaporodásnak. A rezisztens pneumococcusok hajlamosak így átadni a DNS-üket.

"Az antibiotikumrezisztencia egyre nagyobb gondot jelent, főleg a potenciálisan veszélyes pneumococcus-fertőzések esetében" - mondta el Dr. William Hanage, a kutatási eredményeket bemutató tanulmány vezető szerzője. "Reményeink szerint az eredmények segítenek meggátolni az újabb rezisztenciák kifejlődését."

A kutatók 1930 különböző pneumococcus-törzs és a vele közeli rokonságban lévő három másik faj (S. mitis, S. pseudopneumoniae és S. oralis) DNS-ét elemezték, ekkor fedezték fel a rekombinációk jeleit. Ezután összehasonlították az eredményeket néhány gyakran használt antibiotikum, a penicillin, az eritromicin, a tetraciklin, a kloramfenikol és a cefotaxim elleni rezisztencia adataival. Kiderült, hogy a kevert DNS-sel rendelkező baktériumok nagyobb valószínűséggel antibiotikumrezisztensek is, ez azt sugallja, összefüggés van a rekombináció és az antibiotikumrezisztencia között.