Informatie

Bacteriën resistentie tegen natuurlijke antibiotica?


Het is een bekend feit dat bacteriën immuniteit ontwikkelen tegen antibiotica. Waarom ontwikkelden dan niet alle bacteriën immuniteit tegen natuurlijke antibiotica zoals penicilline in de schimmels?

Het is zeker dat schimmels er niet om gaven om door te gaan met het doden van alle bacteriën zodat ze geen immuniteit zouden kunnen ontwikkelen (zoals we vandaag worden geadviseerd om voorzichtig te zijn met antibiotica om geen superinfectie te ontwikkelen)…

Als we kijken naar de tijdspanne dat bacteriën en schimmels bestaan, lijkt het onwaarschijnlijk dat er bacteriën over zijn die nog niet immuun zijn voor penicilline. Dat is echter niet het geval, het antibioticum is nog steeds een vrij succesvolle.


Om een ​​natuurlijke immuniteit te laten evolueren, moeten er twee dingen gebeuren:

  • De immuniteit moet daadwerkelijk plaatsvinden. Dat betekent dat alle noodzakelijke mutaties aanwezig moeten zijn om deze bacterie resistentie tegen penicilline te geven. Voor penicilline bijvoorbeeld evolueerden bacteriën die een dergelijke resistentie ontwikkelden om het enzym bèta-lactamase te produceren.

  • De immuniteit moet een voordeel opleveren. Penicilline wordt geproduceerd door Penicillium, een schimmel die voorkomt in omgevingen met veel zuurstof. Veel bacteriesoorten zijn nog nooit penicilline tegengekomen en de overgrote meerderheid (bijvoorbeeld anaërobe bacteriën die mensen niet infecteren) zal dat ook nooit doen. Zonder deze druk zal een resistentie tegen penicilline, zelfs als deze zich ontwikkelt, waarschijnlijk binnen enkele generaties verslechteren, omdat de individuen met de resistentie geen voordeel hebben om te overleven. Het produceren van een enzym als bèta-lactamase is niet zonder kosten (eiwitsynthese).

Terwijl bacteriën genetisch materiaal in de vorm van plasmiden tussen verschillende soorten kunnen uitwisselen, zodat niet alle soorten beta-lactamase de novo hoeven te ontwikkelen, is dit ook alleen "nuttig" als de bacteriën a) in contact komen met resistente bacteriesoorten, en b) als deze resistentie een voordeel oplevert voor de ontvangende soort.

Oorsprong en evolutie van antibioticaresistentie

Mechanismen van bacteriële resistentie tegen antibiotica


Bacteriën resistentie tegen natuurlijke antibiotica? - Biologie

Zomeronderzoeksprogramma voor natuurkundedocenten

Hastings-on-Hudson High School, Westchester

Antibioticaresistentie in E coli

Inleiding: Antibioticaresistentie bij bacteriën is een serieus probleem waarmee de samenleving tegenwoordig wordt geconfronteerd. Er zijn veel redenen voor dit probleem, waaronder een overmatig gebruik van antibiotica. Door evolutie overleven en reproduceren sterkere bacteriën die niet door antibiotica kunnen worden gedood. Dit is niet per se een probleem bij mensen met een sterk immuunsysteem, maar in ziekenhuizen waar veel mensen een gecompromitteerd immuunsysteem hebben, kan het herbergen van dergelijke bacteriën een persoon doden. In dit laboratoriumonderzoek ontwerp je een experiment om het concept van antibioticaresistentie te testen met behulp van twee bacteriestammen genaamd E coli.

De volgende items zijn beschikbaar voor uw gebruik in dit laboratoriumonderzoek:

· Agarplaten voor het kweken van bacteriën:

ü Agarplaat met het antibioticum ampicilline

· Twee soorten E coli

ü pAMP: een soort van E coli dat is getransformeerd om een ​​gen voor antibioticaresistentie te bevatten

· Steriele plastic entlussen

Elke groep studenten is verantwoordelijk voor het maken van een experiment met de bovenstaande materialen om de bacteriën te testen op antibioticaresistentie. U moet alle hierboven vermelde materialen gebruiken. Als er iets anders is dat je zou willen gebruiken, vraag het dan en ik zal kijken of ik het kan krijgen. Denk goed na over wat de bacteriën en agar wel of niet hebben om je te helpen bij het opzetten van je experiment.

ELKE STUDENT is verantwoordelijk voor het inleveren van zijn/haar eigen labrapport. Daarom zal ieder van u uw eigen informatie moeten schrijven.

Dag 1: Ontwerp je experiment. Vergeet niet om de rubriek 'Scoring Guide for Writing a Lab Report' te gebruiken om u te helpen bij het ontwerpen van het experiment en om ervoor te zorgen dat u over alle componenten beschikt. Denk eraan om het volgende te overwegen:

ü Wat gaat u als controlegroep gebruiken?

ü Wat zijn de onafhankelijke en afhankelijke variabelen?

ü Wat wordt uw procedure?

ü Hoe gaat u uw gegevens verzamelen en analyseren?

Dag 2: Voer je experiment uit! Zorg ervoor dat u alle benodigde benodigdheden hebt voordat u begint. Bijlage 1 geeft een overzicht van de methode voor het uitstrijken van gistculturen op een agarplaat.

Dag 3: Analyseer uw resultaten.

ü Heb je je hypothese bewezen of ontkracht?

ü Wat vertellen uw resultaten u over antibioticaresistentie?

ü Wat zouden enkele van de foutenbronnen in uw experiment kunnen zijn?

ü Wat had je kunnen doen om dit een beter experiment te maken?

1.     Carolina Biological verkoopt het AP-biologietransformatielab, dat ampicilline-resistente plasmiden gebruikt. In een AP-klas voeren studenten echter de transformatie uit en platen vervolgens de bacteriën. In een Regent's8217s-klas zou je nog steeds de transformatie met hen kunnen doen, afhankelijk van je studenten, materialen en tijd, of je zou het zelf kunnen voorbereiden. Ik ben van plan mijn studenten de kans te bieden om de transformatie met mij te doen buiten de lesuren om.

2.     Bedenk dat je de getransformeerde bacteriën moet vernietigen voordat je ze weggooit. U kunt het 30 minuten in een bleekoplossing weken voordat u het weggooit.

Ø Wetenschapsonderwijsnormen: A, B en E

Ø Beoordelingsnormen: A en D

Ø Inhoudsnorm: C (Life Science), E (Science and Technology) en F (Science in Personal and Social Perspectives)

Ø Normen voor wetenschapseducatieprogramma's: B

Bijlage 1: Hoe bacterieculturen te verwijderen

1.     Zorg voor een steriele plastic entlus, bacteriecultuur en agarplaat.

2.     Schrijf de naam van het medium en het type bacterie op de bodem van de agarschaal (de kant met de agar).

3.     Van groot belang is het handhaven van een steriele omgeving zodat je je kweek of bord niet besmet.

ü Houd je bord te allen tijde gesloten, tenzij je je cultuur aan het uitstrijken bent. Als het open is, stel je het bloot aan bacteriën die in de lucht zitten en besmetting kunnen veroorzaken.

ü Probeer de plaat niet te dicht bij je hoofd te houden als je strepen maakt, want ademen op de plaat kan ook de kans op besmetting vergroten.

ü Zorg ervoor dat je voor elke kweek nieuwe inentingslussen gebruikt, anders besmet je de bacterieculturen.

5.     Dompel je entlus onder in het buisje met de bacteriecultuur. De lus moet worden gevuld met vloeistof.

6.     Streak je bord met de volgende afbeelding als richtlijn:

1.     Streak slechts één lus vol cultuur.

2.     Strijk lichtjes zodat je niet in de agar gutst. Wees zachtaardig!

3.     Als er groei optreedt, zal de meeste groei in de eerste streep zijn en minder in elk van de volgende stroken.


Bacteriën resistentie tegen natuurlijke antibiotica? - Biologie

Zo nu en dan schrijf ik een blogpost over laboratoriumactiviteiten die in mijn niet-majors biologieles hebben gewerkt. Ik heb bijvoorbeeld geschreven over reptilovogels (een activiteit die meiose en overerving combineert), bananencellen kleuren om de spijsvertering in planten te illustreren, en modellen bouwen voor eiwitsynthese met snoep.

Hier is nog een ander onderwerp dat niet-majors (en alle anderen) zouden moeten weten: de ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën. Als je biologie doceert, heb je misschien al zo lang geleden over antibioticaresistentie geleerd dat je aanneemt dat iedereen het ook weet. Ik heb dit semester echter geleerd dat misbruik van antibiotica nog steeds een reëel probleem is. In de week voor ons laboratorium 'Bacteria and Disease', kwam een ​​van mijn studenten mijn kantoor binnen met verstopte sinussen. Hij zag er ellendig uit en zei dat hij al weken ziek was. Hij meldde toen dat hij de overgebleven antibiotica van zijn kamergenoot had ingenomen, en hoewel hij zich een tijdje beter voelde, werd hij al snel weer slechter. Wat heb je gedaan?! Natuurlijk ben je weer ziek geworden! Hoe kon je niet weten dat dat een slecht idee was?! Ik schold hem uit (zachter dan dat) en herinnerde mezelf er mentaal aan dat onderwijs er echt toe doet.

Natuurlijk heeft onze laboratoriumhandleiding al een activiteit die antibioticaresistentie aanpakt. Ik heb het een of twee keer geprobeerd. Studenten gebruikten verschillende soorten kleurpotloden (die verschillende bacteriestammen vertegenwoordigen) om een ​​diagram van longen in de labhandleiding in te vullen. Toen ze probeerden de potloodstrepen te wissen (d.w.z. antibiotica gebruikten om de bacteriën te doden), ontdekten ze dat niet alle merktekens zouden verdwijnen. Ze moesten concluderen dat antibiotica niet alle soorten bacteriën doden. De activiteit was zo saai, voorspelbaar en ineffectief dat ik er al snel mee stopte. In plaats daarvan hebben we vele semesters een video vertoond over antibioticaresistente tuberculosebacteriën.

Maar toen las ik dit artikel van Eva M. Ogens en Richard Langheim in De Amerikaanse biologieleraar en ik besloot een van de activiteiten eens te proberen. Het was aantrekkelijk omdat het antibioticaresistentie direct verbindt met iets dat bijna alle studenten hebben gedaan: antibiotica innemen. De simulatie maakt gebruik van dobbelstenen en goedkope ponyparels om de evolutie van bacteriën in een antibioticakuur te modelleren. De pony-kralen zijn in drie kleuren om drie graden van resistentie tegen de medicijnen te simuleren (we gebruikten groen voor de minst resistente, geel voor resistent en rood voor de meest resistente).

Na een korte introductie krijgt elk tweetal een petrischaaltje met daarin een '8220bank'8221 van 20 groene, 15 gele en 15 rode ponykralen. Elke leerling brengt 13 groene kralen, 6 gele kralen en 1 rode kraal over naar een aparte schaal, die het lichaam en de bacteriën voorstelt die het momenteel infecteren. Studenten krijgen te horen dat ze antibiotica gebruiken om de infectie te bestrijden. Vervolgens krijgen ze de opdracht om de dobbelsteen te gooien en het nummer in een tabel te noteren. Als ze een 1, 3, 5 of 6 gooien, betekent dit dat ze eraan herinnerden de antibiotica te nemen en 5 bacteriën uit het lichaam te verwijderen. De minst resistente bacteriën sterven het gemakkelijkst, dus de groene worden eerst verwijderd. Zodra er geen groene meer zijn, kunnen gele worden verwijderd. Rode gaan als laatste dood. Als ze een 2 of 4 gooien, betekent dit dat ze vergeten zijn hun medicijnen in te nemen.

De dobbelsteen, '8220body'8221 (schaal met vier overgebleven rode kralen), kralenbank (schaal met veel kralen) en gegevensblad. Foto door M. Hoefnagels.

Van cruciaal belang is dat de volgende stap reproductie is: studenten voegen nog een kleur toe van elke kleurparel die in het lichaam is bewaard. Dit was de enige fase waarin studenten de neiging hadden fouten te maken. Sommige paren vergaten het voortplantingsgedeelte helemaal te doen, anderen stopten groene kralen terug in het lichaam, zelfs nadat de minst resistente bacteriën dood zouden zijn. Beide fouten veranderen de uitkomst van de activiteit, dus duidelijke instructies zijn essentieel.

De leerlingen herhalen vervolgens de stappen voor het rollen/verwijderen/reproductie. Bij elke ronde registreren ze het aantal resterende bacteriën totdat er geen bacteriën meer in de schaal achterblijven. Daarna beantwoorden ze vragen op het werkblad. De meeste vragen zijn vrij eenvoudig, maar we waren verrast hoeveel studenten het moeilijk hadden om de relatie tussen de kleuren van de kralen (die de genetische diversiteit vertegenwoordigen) en de gebeurtenissen van natuurlijke selectie te verwoorden (er werden eerst minder bacteriën geëlimineerd, waardoor die het best zijn aangepast om hun resistentie-allelen door te geven aan de volgende generatie).

Een van de sterke punten van deze activiteit is dat de bacteriën in een resistentiespectrum vallen. Ik heb gemerkt dat zelfs nadenkende studenten moeite hebben te begrijpen waarom antibioticaresistente bacteriën dat zouden doen ooit sterven in aanwezigheid van antibiotica. De enigszins resistente gele kralen en de meer resistente rode kralen herinneren studenten eraan dat de meeste bacteriën kwetsbaar zijn voor antibiotica, maar sommige zijn resistenter dan andere. Natuurlijke selectie werkt op deze genetische diversiteit in.

Merk op dat deze simulatie zich goed leent voor grafische activiteiten. Een eenvoudig idee zou zijn om leerlingen het aantal bacteriën van elke kleur in de loop van de tijd in een grafiek te laten zien. Een andere mogelijkheid is om de gegevens van de hele klas te verzamelen en de leerlingen de relatie te laten tekenen tussen het aantal keren dat de antibiotica werden vergeten en het aantal antibioticakuren dat nodig is om alle bacteriën te doden.

Het schrijven in De Amerikaanse biologieleraar is erg goed, met één uitzondering: het is moeilijk om uit het verhaal te onderscheiden dat er bij elke ronde 5 bacteriën moeten worden verwijderd. We hebben een hand-out ontwikkeld die de instructies verduidelijkt en een gedetailleerde tabel bevat voor het vastleggen van gegevens. Als je een exemplaar wilt, laat dan een opmerking achter in het opmerkingengedeelte en ik zal het naar je e-mailen.

Ziekte verspreiden – het is besmettelijk! Een model en simulaties gebruiken om te begrijpen hoe antibiotica werken. Eva M. Ogens, Richard Langheim. De Amerikaanse leraar biologie, Vol. 78 nr. 7, september 2016 (pp. 568-574) DOI: 10.1525/abt.2016.78.7.568


Resistentie tegen antibiotica

Antibioticaresistentie ontstaat als gevolg van natuurlijke selectie. Omdat bacteriën zich snel voortplanten, kan er snel resistentie ontstaan. Die antibioticaresistente blijven na behandeling en kunnen zich blijven delen.

Een voorbeeld van antibioticaresistentie is te zien met: Penicilline kunnen sommige bacteriën een enzym produceren dat penicillinase die penicilline afbreekt voordat het effect kan hebben.

Andere resistentiemechanismen zijn onder meer de ontwikkeling van een capsule die resistent is tegen antibiotica en celmembranen die minder doorlaatbaar worden voor antibiotica.

Bacteriën kunnen resistentiegenen onderling verspreiden door: bacteriële conjugatie waar twee cellen samenkomen door hun pilli en verwisselen plasmiden die vaak genen bevatten voor antibioticaresistentie.

Antibioticaresistentie wordt veel verergerd door het overmatig gebruik van antibiotica bij medische behandelingen. Sommige bacteriën zijn resistent tegen de meeste antibiotica (MRSA of mycobacterium-tuberculosis), wat betekent dat het steeds moeilijker wordt om een ​​infectie te behandelen, tenzij er nieuwe antibiotica worden ontwikkeld.


Detectie van antibioticaresistentiegenen in monsters van acute en chronische endodontische infecties en na behandeling

Het doel van deze studie was tweeledig: steekproeven van acute en chronische endodontische infecties onderzoeken op de aanwezigheid van genen die coderen voor resistentie tegen bètalactams, tetracycline en erytromycine, en het vermogen van behandeling evalueren om deze genen uit wortelkanalen te elimineren.

Ontwerp

DNA-extracten van monsters van abcesaspiraten (N = 25) en wortelkanalen van tanden met asymptomatische apicale parodontitis (N = 24) werden gebruikt als sjabloon voor directe detectie van de genen blaTEM, cfxEEN, tetM, tetQ, tetW, en ermC met behulp van realtime polymerasekettingreactie (PCR). Bacteriële aanwezigheid werd bepaald met behulp van PCR met universele bacteriële primers. Wortelkanalen van de asymptomatische gevallen werden ook bemonsterd en geëvalueerd na chemomechanische procedures met behulp van NiTi-instrumenten met 2,5% NaOCl-irrigatie.

Resultaten

Alle abces- en initiële wortelkanaalmonsters waren positief voor bacteriën. Ten minste één van de doelresistentiegenen werd gevonden in 36% van de abcesmonsters en 67% van de asymptomatische gevallen. De meest voorkomende genen in abcessen waren: blaTEM (24%) en ermC (24%), terwijl tetM (42%) en tetW (29%) heerste in asymptomatische gevallen. De blaTEM-gen was significant geassocieerd met acute gevallen (P = 0,02). Omgekeerd, tetM kwam significant vaker voor in asymptomatische gevallen (P = 0,008). Behandeling elimineerde resistentiegenen in de meeste gevallen.

Conclusies

Acute en chronische endodontische infecties bevatten resistentiegenen voor 3 klassen veelgebruikte antibiotica. In de meeste gevallen was de behandeling effectief in het elimineren van deze genen, maar er waren enkele gevallen waarin ze aanhielden. De implicaties van persistentie zijn onbekend. Directe detectie van resistentiegenen in abcessen kan een mogelijke methode zijn voor een snelle diagnose en het opzetten van proactieve antimicrobiële therapie.


Bacteriën resistentie tegen natuurlijke antibiotica? - Biologie

Zo nu en dan schrijf ik een blogpost over laboratoriumactiviteiten die in mijn niet-majors biologieles hebben gewerkt. Ik heb bijvoorbeeld geschreven over reptilovogels (een activiteit die meiose en overerving combineert), bananencellen kleuren om de spijsvertering in planten te illustreren, en modellen bouwen voor eiwitsynthese met snoep.

Hier is nog een ander onderwerp dat niet-majors (en alle anderen) zouden moeten weten: de ontwikkeling van antibioticaresistentie bij bacteriën. Als je biologie doceert, heb je misschien al zo lang geleden over antibioticaresistentie geleerd dat je aanneemt dat iedereen het ook weet. Ik heb dit semester echter geleerd dat misbruik van antibiotica nog steeds een reëel probleem is. In de week voor ons laboratorium 'Bacteria and Disease' kwam een ​​van mijn studenten mijn kantoor binnen met verstopte sinussen. Hij zag er ellendig uit en zei dat hij al weken ziek was. Hij meldde toen dat hij wat overgebleven antibiotica van zijn kamergenoot had ingenomen, en hoewel hij zich een tijdje beter voelde, werd hij al snel weer slechter. Wat heb je gedaan?! Natuurlijk ben je weer ziek geworden! Hoe kon je niet weten dat dat een slecht idee was?! Ik schold hem uit (zachter dan dat) en herinnerde mezelf er mentaal aan dat onderwijs er echt toe doet.

Natuurlijk heeft onze laboratoriumhandleiding al een activiteit die antibioticaresistentie aanpakt. Ik heb het een of twee keer geprobeerd. Studenten gebruikten verschillende soorten kleurpotloden (die verschillende bacteriestammen vertegenwoordigen) om een ​​diagram van longen in de labhandleiding in te vullen. Toen ze probeerden de potloodstrepen te wissen (d.w.z. antibiotica gebruikten om de bacteriën te doden), ontdekten ze dat niet alle merktekens zouden verdwijnen. Ze moesten concluderen dat antibiotica niet alle soorten bacteriën doden. De activiteit was zo saai, voorspelbaar en ineffectief dat ik er al snel mee stopte. In plaats daarvan hebben we vele semesters een video vertoond over antibioticaresistente tuberculosebacteriën.

Maar toen las ik dit artikel van Eva M. Ogens en Richard Langheim in De Amerikaanse biologieleraar en ik besloot een van de activiteiten eens te proberen. Het was aantrekkelijk omdat het antibioticaresistentie direct verbindt met iets dat bijna alle studenten hebben gedaan: antibiotica innemen. De simulatie maakt gebruik van dobbelstenen en goedkope ponyparels om de evolutie van bacteriën in een antibioticakuur te modelleren. De pony-kralen zijn in drie kleuren om drie graden van resistentie tegen de medicijnen te simuleren (we gebruikten groen voor de minst resistente, geel voor resistent en rood voor de meest resistente).

Na een korte introductie krijgt elk tweetal een petrischaaltje met daarin een '8220bank'8221 van 20 groene, 15 gele en 15 rode ponykralen. Elke leerling brengt 13 groene kralen, 6 gele kralen en 1 rode kraal over naar een aparte schaal, die het lichaam en de bacteriën voorstelt die het momenteel infecteren. Studenten krijgen te horen dat ze antibiotica gebruiken om de infectie te bestrijden. Vervolgens krijgen ze de opdracht om de dobbelsteen te gooien en het nummer in een tabel te noteren. Als ze een 1, 3, 5 of 6 gooien, betekent dit dat ze eraan herinnerden de antibiotica te nemen en 5 bacteriën uit het lichaam te verwijderen. De minst resistente bacteriën sterven het gemakkelijkst, dus de groene worden eerst verwijderd. Zodra er geen groene meer zijn, kunnen gele worden verwijderd. Rode gaan als laatste dood. Als ze een 2 of 4 gooien, betekent dit dat ze vergeten zijn hun medicijnen in te nemen.

De dobbelsteen, '8220body'8221 (schaal met vier overgebleven rode kralen), kralenbank (schaal met veel kralen) en gegevensblad. Foto door M. Hoefnagels.

Van cruciaal belang is dat de volgende stap reproductie is: studenten voegen nog een kleur toe van elke kleurparel die in het lichaam is bewaard. Dit was de enige fase waarin studenten de neiging hadden fouten te maken. Sommige paren vergaten het voortplantingsgedeelte helemaal te doen, anderen stopten groene kralen terug in het lichaam, zelfs nadat de minst resistente bacteriën dood zouden zijn. Beide fouten veranderen de uitkomst van de activiteit, dus duidelijke instructies zijn essentieel.

De leerlingen herhalen vervolgens de stappen voor het rollen/verwijderen/reproductie. Bij elke ronde registreren ze het aantal resterende bacteriën totdat er geen bacteriën in de schaal achterblijven. Daarna beantwoorden ze vragen op het werkblad. De meeste vragen zijn redelijk rechttoe rechtaan, maar we waren verrast hoeveel studenten het moeilijk hadden om de relatie tussen parelkleuren (die de genetische diversiteit vertegenwoordigen) en de gebeurtenissen van natuurlijke selectie te verwoorden (er werden eerst minder bacteriën geëlimineerd, waardoor die het best zijn aangepast om hun resistentie-allelen door te geven aan de volgende generatie).

Een van de sterke punten van deze activiteit is dat de bacteriën in een resistentiespectrum vallen. Ik heb gemerkt dat zelfs nadenkende studenten moeite hebben te begrijpen waarom antibioticaresistente bacteriën dat zouden doen ooit sterven in aanwezigheid van antibiotica. De enigszins resistente gele kralen en de meer resistente rode kralen herinneren studenten eraan dat de meeste bacteriën kwetsbaar zijn voor antibiotica, maar sommige zijn resistenter dan andere. Natuurlijke selectie werkt op deze genetische diversiteit in.

Merk op dat deze simulatie zich goed leent voor grafische activiteiten. Een eenvoudig idee zou zijn om leerlingen het aantal bacteriën van elke kleur in de loop van de tijd in een grafiek te laten zien. Een andere mogelijkheid is om de gegevens van de hele klas te verzamelen en de leerlingen de relatie te laten tekenen tussen het aantal keren dat de antibiotica werden vergeten en het aantal antibioticakuren dat nodig is om alle bacteriën te doden.

Het schrijven in De Amerikaanse biologieleraar is erg goed, met één uitzondering: het is moeilijk om uit het verhaal te onderscheiden dat er bij elke ronde 5 bacteriën moeten worden verwijderd. We hebben een hand-out ontwikkeld die de instructies verduidelijkt en een gedetailleerde tabel bevat voor het vastleggen van gegevens. Als je een exemplaar wilt, laat dan een opmerking achter in het opmerkingengedeelte en ik zal het naar je e-mailen.

Ziekte verspreiden – het is besmettelijk! Een model en simulaties gebruiken om te begrijpen hoe antibiotica werken. Eva M. Ogens, Richard Langheim. De Amerikaanse leraar biologie, Vol. 78 nr. 7, september 2016 (pp. 568-574) DOI: 10.1525/abt.2016.78.7.568


Bacteriën geassocieerd met intrinsieke antibioticaresistentie

Over het algemeen kunnen mensen (ofwel het grote publiek of een arts of laboratoriumpersoneel) de term 'antibioticaresistentie' beluisteren/lezen, denken: 'een bacterie die voorheen gevoelig was voor een bepaald antibacterieel middel, heeft er nu resistentie tegen ontwikkeld (hetzij door acquisitie van gen via horizontale genoverdracht of door mutatie)' maar in dit universum zijn er ontelbare soorten bacteriën die van nature resistent zijn tegen een bepaald medicijn.

Volgens CLSI: "Intrinsieke resistentie komt zo vaak voor dat gevoeligheidstesten niet nodig zijn. Citrobacter-soorten zijn bijvoorbeeld intrinsiek resistent tegen ampicilline”.

Intrinsieke antibioticaresistentie is een natuurlijk voorkomend fenomeen dat onafhankelijk is van eerdere blootstelling aan antibiotica en niet wordt veroorzaakt door een horizontale genoverdracht. Denk aan het beroemde voorbeeld van intrinsieke resistentie, penicilline werkt niet tegen Mycoplasma. Penicilline doodt bacteriën door hun celwandsynthese te verstoren.

Zal het degenen kunnen doden die geen celwand hebben?

Intrinsieke antibioticaresistentie wordt voornamelijk gemedieerd door de ondoordringbaarheid van cellulaire enveloppen, de activiteit van multidrug-effluxpompen of het ontbreken van geneesmiddeldoelen. Enzymen (zoals transferasen) die betrokken zijn bij basale bacteriële metabolische processen, verlenen ook intrinsieke resistentie bij sommige bacteriesoorten zoals Pseudomonas aeruginosa, en Staphylococcus aureus.

  • gebrek aan affiniteit van het medicijn voor het bacteriële doelwit
  • ontoegankelijkheid van het medicijn in de bacteriële cel
  • extrusie van het medicijn door chromosomaal gecodeerde actieve exporteurs
  • aangeboren productie van enzymen die het medicijn inactiveren

Intrinsieke antibioticaresistentie bij gramnegatieve bacteriën

Bacteriële ziekteverwekker die intrinsiek resistent is tegen ampicilline

  1. Citrobacter freundii
  2. Citrobacter koseri
  3. Klebsiella (voorheen Enterobacter) aerogenes
  4. Enterobacter cloacae-complex
  5. Morganella morganii
  6. Pseudomonas aeruginosa
  7. Serratia marcescens
  8. Yersinia enterocolitica

Bacteriële pathogenen die intrinsiek resistent zijn tegen de combinatie amoxicilline-clavulanaat

  1. Citrobacter freundii
  2. Klebsiella (voorheen Enterobacter) aerogenes
  3. Enterobacter cloacae-complex
  4. Morganella morganii
  5. Serratia marcescens
  6. Yersinia enterocolitica

Bacteriële pathogenen die intrinsiek resistent zijn tegen de combinatie van ampicilline en sulbactam

  1. Acinetobacter baumanni-complex
  2. Citrobacter freundii
  3. Citrobacter koseri
  4. Klebsiella (voorheen Enterobacter) aerogenes
  5. Enterobacter cloacae-complex
  6. Proteus vulgaris
  7. Pseudomonas aeruginosa
  8. Serratia marcescens

Citrobacter koseri is intrinsiek resistent tegen piperacilline, terwijl: Proteus spp is intrinsiek resistent tegen tetracycline/tigecycline, nitrofurantoïne en polymyxine B en colistine

Acinetobacter baumanni complex is een berucht pathogeen dat resistent is tegen de meeste beschikbare antibiotica. Het is intrinsiek resistent tegen

  1. Ampicilline, Amoxicilline
  2. Ampicilline-sulbactam
  3. Aztreonam
  4. Ertapenem
  5. Trimethoprim
  6. Chlooramfenicol

Evenzo Pseudomonas aeruginosa is intrinsiek resistent tegen

  1. Ampicilline, Amoxicilline
  2. Ampicilline-sulbactam
  3. Amoxicilline-Clavulanaat
  4. Cefotaxime
  5. Ceftriaxon
  6. Ertapenem
  7. Tetracyclines/Tigecyclines
  8. Trimethoprim
  9. Trimethoprim-sulfamethoxazol
  10. Chlooramfenicol

Beide Acinetobacter en Pseudomonas zijn ook intrinsiek resistent tegen penicilline (dwz benzylpenicilline), cefalosporine I (cefalothine, cefazoline), cefalosporine II (cefuroxim), cefamycines (cefoxitine, cefotetan), clindamycine, daptomycine, fusidinezuur, glycopeptiden (vancomycine, teicoplanliden, macroplanliden), lijn (erytromycine, azithromycine, claritromycine), quinupristine-dalfopristine en rifampicine.

Bacteroides spp. wat een van de meest geïsoleerde anaërobe Gram-negatieve bacillen is, is intrinsiek resistent tegen

Intrinsieke antibioticaresistentie bij grampositieve bacteriën

Onder gram-positieve bacteriën, S. saprophyticus is intrinsieke resistentie tegen novobiocine, wat de basis is voor de gevoeligheidstest van Novobiocine in urine-isolaat (als CONS geïsoleerd is).

Enterococcus faecalis/faecium zijn intrinsiek resistent tegen

  • Cefalosporine*
  • Aminoglycosiden*
  • Clindamycine*
  • Trimethoprim
  • Trimethoprim-sulfamethoxazol*
  • Fusidinezuur
    *kan in vitro actief lijken, maar zijn klinisch niet effectief en dienen niet als vatbaar te worden gemeld.

Zowel enterokokken als stafylokokken zijn ook intrinsiek resistent tegen aztreonam, polymyxine B/colistine en nalidixinezuur.

Anaërobe Gram-positieve bacillen, Clostridium soorten. is resistent tegen aminoglycosiden.


Menselijke microflora bestuderen

Het karakteriseren van de diversiteit en functie van het microbioom is notoir moeilijk. De meeste darmbacteriën kunnen niet worden gekweekt vanwege hun zeer specifieke voedingsbehoeften en gevoeligheid voor zuurstof. Hoewel veel soorten in het proximale gebied van de darm facultatief aëroob zijn, neemt de zuurstoftolerantie af bij het naderen van het distale gebied van de darm (2). Omdat het in vitro intact houden van bacteriële gemeenschappen zo uitdagend is, kunnen eerdere onderzoeken aanzienlijk bevooroordeeld zijn in hun analyses van samenstelling en functie. Het gebruik van fenotypische kenmerken om bacteriën te classificeren (dat tot voor kort werd gebruikt) leidt ook tot een onvolledige en te vereenvoudigde resolutie van soorten. Modernere technieken om bacteriële gemeenschappen en hun evolutionaire lijnen te evalueren, omvatten sequencing van het hele genoom en een sterke nadruk op rRNA (1, 4, 6).

16S rRNA en bacteriële karakterisering

De alomtegenwoordigheid van 16S-strengen in prokaryotische lijnen maakt ze een natuurlijke keuze voor het ophelderen van diversiteit en evolutionaire geschiedenissen van darmmicrobiota. rRNA 16S, dat zich op de 30S-subeenheid van bacteriële ribosomen bevindt, bevat regio's die sterk geconserveerd, variabel en zeer variabel zijn. De geconserveerde "signature" -sequenties geven met precisie de evolutionaire geschiedenis van een bepaalde taxonomische groep aan. Er is een aantal technieken gebruikt om 16S-rRNA te sequensen, waaronder sequencing van gekloonde amplicons, directe sequencing, TRFLP, dot-blot hybridisatie, shotgun-sequencing en kwantitatieve PCR (of real-time PCR) (9). Gekloneerde amplicon-sequencing is gebruikelijk, vanwege de matig hoge resolutie en het vermogen om de volledige lengte van de 16S-streng te klonen. De 16S-sequenties worden behandeld met primers die binden aan deze geconserveerde gebieden en geamplificeerd met standaard PCR-technieken, zodat de resulterende klonen kunnen worden geïdentificeerd en gecatalogiseerd (8).

Soorten bemonstering

Hoewel al deze sequencing-technieken krachtig zijn, worden ze inherent beperkt door de methode van bemonstering. Fecale monsters worden vaak gebruikt om de bacteriële samenstelling te beoordelen, maar vertegenwoordigen niet nauwkeurig de floragemeenschap. Monsters van slijmvliesweefsel rechtstreeks uit de darm hebben de voorkeur, maar zijn invasiever en duurder om te verkrijgen (1). Studies die deze moleculaire technieken gebruiken, identificeren consequent grote aantallen nieuwe soorten (met benchmark-overeenkomstwaarden van 95% of meer), wat aangeeft dat de inspanningen om de darmflora te karakteriseren onvoldoende zijn geweest. In de overzichtsliteratuur wordt geschat dat slechts 19% van de volwassen flora is geïdentificeerd en slechts 8% van de oudere flora (9). Vanwege de dichtheid van het microbiële systeem en de complexe interacties tussen soorten en tussen bacteriën en de gastheer, beschouwen veel onderzoekers de darm als zijn eigen ecosysteem. Dit perspectief heeft de analyse van de gegevensoutput van deze sequentieprojecten beïnvloed: veel ecologische maten van rijkdom, overvloed en groei worden gebruikt om bacteriële dynamiek te voorspellen (1, 17).


Bacteriën resistentie tegen natuurlijke antibiotica? - Biologie

een Centrum voor Trans-Sahara Ziekte, Vaccin en Drugsonderzoek, Ibrahim Badamasi Babangida University, Lapai, Niger State, Nigeria
E-mailadres: [email protected]

b Afdeling Microbiologie, School of Agriculture and Applied Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban 4001, Zuid-Afrika

c Faculteit Farmaceutische Wetenschappen, Ahmadu Bello University Zaria, Kaduna State, Nigeria

d School of Laboratory Medicine and Medical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban 4001, Zuid-Afrika

e Molecular Modeling and Drug Design Research Group, School of Health Sciences, University of KwaZulu Natal, Westville Campus, Durban 4001, Zuid-Afrika

Abstract

Het gebruik van antibiotica om infectieziekten te beheersen dateert uit de oudheid, maar het ontbreken van een duidelijk onderscheid tussen de therapeutische en toxische dosis was een grote uitdaging. Dit precipiteert het idee dat antibioticaresistentie van oudsher was, voornamelijk vanwege een gebrek aan adequate kennis van therapeutische doses en continue blootstelling van deze bacteriën aan suboptimale plasmaconcentraties van antibiotica. Met de ontdekking van penicilline door Alexander Fleming in 1924 werd een mijlpaal bereikt in de behandeling van bacteriële infecties. Dit vormt de basis voor het moderne tijdperk van antibiotica. Antibiotica zoals penicillines, cefalosporines, chinolonen, tetracycline, macroliden, sulfonamiden, aminoglycosiden en glycopeptiden zijn de steunpilaar bij het beheersen van ernstige bacteriële infecties, maar resistente bacteriestammen zijn ontstaan ​​en hebben de voortgang van het onderzoek op dit gebied belemmerd. Onlangs zijn er nieuwe benaderingen verschenen voor onderzoek naar resistentie van bacteriën tegen antibiotica, waarbij het moleculaire begrip van bacteriesystemen wordt gecombineerd met de kennis van bio-informatica. Bijgevolg zijn er veel moleculen ontwikkeld om de resistentie die gepaard gaat met verschillende bacteriële infecties te beteugelen. Vanwege de toegenomen nadruk op de klinische relevantie van antibiotica, is de synergie tussen in silico studeren en in vivo studie is goed gecementeerd en dit vergemakkelijkt de ontdekking van krachtige antibiotica. In deze review willen we een overzicht geven van eerdere beoordelingen en moleculair en structureel begrip van bacterieresistentie tegen antibiotica, terwijl we ons concentreren op de recente bioinformatica-benadering van antibacteriële geneesmiddelenontdekking.


Alternatieven voor antibiotica: waarom en hoe?

The antibiotic resistance problem is caused by the evolution and transfer of genes that confer resistance to medically important antibiotics into human pathogens. The acquisition of such resistance genes by pathogens complicates disease treatment, increases health care costs, and increases morbidity and mortality in humans and animals. As antibiotic resistance continues to evolve, antibiotics of so-called last resort become even more precious. Reducing or preventing the dissemination of antibiotic resistance genes into human pathogens is currently of high international importance.

The complex factors that have led to the antibiotic resistance problem are revealed when examining potential solutions to reduce or prevent this problem. First, more than 70 years of antibiotic use have already selected for diverse and highly mobile antibiotic resistance genes in human pathogens and related bacteria. These resistant bacteria spread in the environment via water, air, wildlife, and humans, so targeted mitigation strategies are needed to decrease the environmental dissemination of antibiotic-resistant bacteria from “hot spots” of potential resistance development. Second, highly mobile resistance genes can be horizontally transferred from one bacterium to another. Resistance gene transfer events can be stimulated by antibiotics themselves. Therefore, prudent use of antibiotics is one potential mitigation strategy to slow the spread of resistance genes among bacteria. Finally, novel resistance genes that are not yet clinically relevant can emerge from the vast reservoirs of environmental and commensal bacteria due to selective pressure. Compared to anthropogenically selected resistance genes, these resistance genes are not commonly found on mobile genetic elements (MGEs), and so they face a multistep path of selection onto MGEs—such as integrons, transposons, and plasmids—before they will arrive in a human pathogen [1]. One example of this is the emergence of the clinically relevant and plasmid-borne CTX-M-5 extended-spectrum beta-lactamases from the chromosome of the commensal bacterium Kluyvera ascorbata [2]. Antibiotic prudency is also important to decrease the selective pressure for the eventual emergence of as yet unknown antibiotic-resistance genes.

Antibiotic prudency is the use of antibiotics only when they are expressly needed and at the most appropriate dose for disease treatment. This is a nebulous concept that is difficult to define—particularly in cases of human health when the health of the individual, not the population, is of immediate importance. Nonetheless, central to executing antibiotic prudency is the availability of efficacious alternatives to antibiotics. The use of antibiotic alternatives to promote health and reduce disease will decrease antibiotic use, thereby decreasing selective pressure for the emergence and transmission of antibiotic-resistance genes.

Antibiotics are used for disease treatment and prevention in both humans and animals. Historically, antibiotics have also been used for improving growth promotion in food-producing animals, although this practice is no longer allowed in the United States. These multiple uses can be attended to by various alternatives, some of which are presented in tafel 1 [3].

Numerous alternatives to antibiotics exist for treating specific diseases, including bacteriophage therapy [4], predatory bacteria [5], bacteriocins [6], and competitive exclusion of pathogens [7]. Unfortunately, none have consistently demonstrated efficacy comparable to antibiotic treatment. The advantage to these approaches, however, is that only the disease-causing bacterium is targeted by the treatment, and not the other members of the host’s commensal, beneficial microbial communities. This is in contrast to most antibiotics, which generally have collateral effects on commensal bacteria in addition to the pathogenic target. Further development of these specific approaches for disease treatment is warranted to improve deliverability, potency, and reliability as antibiotic alternatives.

Bacteriophage, or phage, therapy is among the most heavily researched of the alternatives to antibiotics for disease treatment. Phage viruses infect bacteria, and the use of phages to treat bacterial diseases has been investigated for over a century. Several phage therapeutic products are available and in use in Eastern Europe, but variable efficacy tends to prevent phage therapeutic products from the market in the United States [8]. Advantages of phage therapy include specificity for a target bacterial population and efficacy on topical or mucosal infections. Among the disadvantages: the therapy requires knowledge of the target bacterium and sufficiently high populations of the target bacterium, and resistance can develop. So the therapeutic phage would need to be updated.

Although disease treatment is the most obvious use of antibiotics, a great deal of antibiotics are used for disease prevention. In swine, roughly half of all antibiotic usage is for disease prevention [9, 10]. Disease prevention in both humans and animals has been advanced by contemporary knowledge of sanitation and nutrition. Continued improvements in sanitation and nutrition, particularly in animal husbandry, will contribute to decreased antibiotic use. In addition to these seemingly primitive interventions, molecular developments such as vaccination have been instrumental in reducing primary and secondary bacterial infections that would have necessitated antibiotic use. Vaccines continue to be one of the most important ways to prevent infections.

Another promising intervention is the use of immunotherapeutics, which are molecules that boost the host immune system to generally prevent disease at infection-prone times. One successful immunotherapeutic in human health is pegfilgrastim, a granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) that is used to induce neutrophil production in chemotherapeutic patients with low neutrophil counts [11]. Maintaining appropriate neutrophil numbers in the blood helps the immune system to prevent infections. Immunotherapeutics have also been exploited for agricultural purposes with pegbovigrastim, a bovine G-CSF that is administered to cattle prior to parturition to boost the immune system and decrease the incidence of mastitis. The advantage of these immunotherapeutics is that they generally boost the immune system to prevent infectious disease. The disadvantage is that the timing of delivery needs to be precise, which is a potential challenge for on-farm applications.

Finally, the use of pro-, pre-, or synbiotics to modulate the gut microbial community toward health has demonstrated inconsistent efficacy [12]. Probiotics are living organisms that are intentionally fed to a host and are typically known as “good” bacteria, prebiotics are molecular precursors to expand the presence of the existing “good” gut microbiota of a host, and synbiotics are a combination of both. All of these “-biotics” are designed to affect the gut microbiota in a way that improves health. However, the gut microbial community of mammals is a complex consortium of more than 500 different bacterial species, and researchers currently lack knowledge of the precise mechanism of how each member contributes to host health. This lack of understanding likely contributes to the variable results with modulating the gut microbial community as an alternative to antibiotics. Investigations of how gut bacteria interact with each other and with their animal hosts is currently an active area of research worldwide.

In summary, solutions to the antibiotic-resistance problem are multifaceted and include reducing the use of antibiotics via the use of alternative products. No one alternative will replace all uses of antibiotics, because a variety of specific and general methods are needed to both prevent and treat disease. Immunotherapeutics, vaccines, and gut microbiota modulation could be among the most promising approaches.

Join the conversation!

Tweet this! As antibiotic resistance continues to evolve, solutions are more important than ever. A look at alternatives: http://bit.ly/2uAHzZ7

Tweet this! No one alternative will replace all uses of antibiotics to reduce antibiotic resistance. Here are some options: http://bit.ly/2uAHzZ7

Tweet this! New paper from @theNAMedicine identifies several alternatives to antibiotics in treating/preventing diseases: http://bit.ly/2uAHzZ7


Bekijk de video: Jangan Ambil Antibiotik Suka Hati (Januari- 2022).