Un nou studiu, realizat de cercetătorii de la Rutgers Health, arată că ciprofloxacina, un tratament standard pentru infecțiile urinare, declanșează scădere bruscă a energiei celulare (stres bioenergetic) în Escherichia coli (E. coli), determinând supraviețuirea unui număr semnificativ de celule și favorizarea dezvoltării rezistenței la antimicrobiene.

„Antibioticele pot modifica metabolismul bacterian. Am vrut să vedem cum influențează aceste modificări șansele de supraviețuire ale bacteriilor”, a declarat Barry Li, student la Rutgers New Jersey Medical School și autor principal al studiului.

Li și autorul senior, Jason Yang, s-au concentrat asupra adenozin trifosfatului (ATP), combustibilul molecular care alimentează celulele. Când nivelurile de ATP scad brusc, celulele trec printr-o stare de „stres bioenergetic”.

De ce a fost surprinzătoare supraviețuirea bacteriilor?

Pentru a imita stresul bioenergetic, echipa a modificat genetic bacterii E. coli, introducând mecanisme care consumau constant ATP sau o moleculă înrudită, nicotinamid adenin dinucleotid (NADH). Apoi, au expus atât tulpinile modificate, cât și bacteriile normale, la ciprofloxacină.

Rezultatele i-au surprins pe cercetători. Atât antibioticul, cât și modificările genetice au redus nivelul de ATP, însă, contrar așteptărilor, bacteriile și-au accelerat activitatea. Respirația celulară a crescut semnificativ, iar celulele au început să elibereze cantități mari de molecule reactive de oxigen, care pot deteriora ADN-ul.

Acest lucru a generat două consecințe îngrijorătoare. Primul efect observat a fost supraviețuirea unui număr crescut de celule bacteriene.

În testele de tip „time-kill”, au supraviețuit de zece ori mai multe celule aflate sub stres, comparativ cu celulele de control, care nu au fost supuse stresului. Aceste celule rezistente, care care supraviețuiesc tratamentului, rămân într-o stare latentă până când antibioticul este eliminat, după care se reactivează și pot declanșa o nouă infecție.

„Mult timp s-a considerat că un metabolism lent este responsabil pentru formarea celulelor latente. Oamenii se așteptau ca un metabolism mai lent să ducă la o rată mai mică de distrugere a bacteriilor. Noi am observat contrariul. Celulele își intensifică metabolismul pentru a-și reface rezervele de energie, iar acest proces activează răspunsuri la stres care încetinesc acțiunea letală a antibioticelor”, a explicat Li.

Cercetările ulterioare au indicat că răspunsul stringent, un sistem intern de apărare al bacteriilor, este responsabil pentru activarea mecanismelor de protecție în condiții de stres.

De asemenea, stresul a determinat o accelerare a mutațiilor, favorizând dezvoltarea mai rapidă a rezistenței bacteriene.

Schimbările genetice din celule favorizează apariția rezistenței la antibiotice

În timp ce celulele latente mențin infecțiile într-o stare latentă, rezistență la antimicrobiene, cauzată de modificări genetice, poate face ca un medicament să devină complet ineficient. Cercetătorii a expus bacteriile E. coli la doze crescânde de ciprofloxacină și a descoperit că celulele aflate sub stres au atins pragul de rezistență cu patru cicluri mai devreme decât celulele de control.

„Schimbările din metabolismul bacteriilor diminuează efectul antibioticelor și contribuie la dezvoltarea rezistenței”, a explicat Yang.

Măsurătorile preliminare arată că gentamicina și ampicilina, pe lângă ciprofloxacină, reduc și ele nivelul de ATP. Efectul de stres bioenergetic ar putea afecta o gamă largă de agenți patogeni, inclusiv Mycobacterium tuberculosis, care este extrem de sensibil la schimbările energetice asupra ATP-ului.

O nouă perspectivă asupra unei amenințări majore la adresa sănătății globale

Rezistența la antimicrobiene provoacă deja la 1,27 milioane de decese anual. Strategiile care ignoră consecințele metabolice ale tratamentului ar putea rata un factor esențial de intervenție. Constatările sugerează mai multe direcții de schimbare în dezvoltarea și utilizarea antibioticelor.

În primul rând, este important ca antibioticele candidate să fie testate pentru efecte secundare neașteptate asociate cu consumul de energie celulară. În al doilea rând, medicamentele existente ar putea fi combinate cu „potențiatori anti-evolutivi” – blochează mecanismele de stres celular care favorizează mutațiile și adaptarea bacteriilor. În al treilea rând, abordarea bazată pe administrarea unor doze maxime de antibiotice ar trebui reevaluată. Cercetările arată că astfel de concentrații pot induce un stres celular, care favorizează supraviețuirea bacteriilor.

Sursa informațiilor: www.innovationnewsnetwork.com

Sursă foto: www.freepik.com