Forskare har upptäckt att det inte räcker med att minska användningen av antibiotika för att vända den ökande förekomsten av antibiotikaresistens för vissa typer av bakterier.

Förutom att föra vidare generna som ger antibiotikaresistens till deras avkomma, många bakterier kan också byta gener sinsemellan genom en process som kallas konjugering. Det har varit en debatt länge, dock, huruvida denna process sker tillräckligt snabbt för att spridas genom en befolkning som inte är under attack av antibiotika.

I en ny studie, forskare från Duke University tror att de har hittat ett definitivt svar på den frågan. Genom en serie experiment med bakterier som kan konjugera, de visar att alla de testade bakterierna delar gener snabbt nog för att upprätthålla resistens. De visar också, dock, att det finns sätt att störa processen och vända antibiotikaresistens.

Resultaten visas online den 22 november i tidskriften Naturkommunikation .

"Resultaten kom som en överraskning för mig när jag först såg data, " sa Lingchong You, Paul Ruffin Scarborough Associate Professor of Engineering vid Duke University och motsvarande författare på tidningen. "För alla bakterier vi testade, deras konjugationshastighet är tillräckligt hög för att även om du inte använder antibiotika, Resistensen kan bibehållas - även om generna bär en hög kostnad."

Mest resistens mot antibiotika uppstår och sprids genom naturligt urval. Om några lyckliga bakterier har gener som hjälper dem att överleva en omgång antibiotika, de uppfostrar snabbt nästa generation och överför dessa gener.

Många av dessa gener, dock, komma till en kostnad. Till exempel, en mutation kan tillåta en bakterie att bygga ett tjockare membran för att överleva ett visst antibiotikum, men den mutationen kan också göra det svårare för cellen att fortplanta sig. Utan att det selektiva trycket från antibiotika dödar konkurrenterna, bakterier med denna mutation bör försvinna med tiden.

Men när generna som är ansvariga för resistens också kan bytas mellan celler, ekvationen blir mer komplicerad. Till förmån för att bibehålla resistensen är den hastighet med vilken generna delas. Mot det är den tidigare nämnda biologiska kostnaden för generna, och den naturliga felfrekvensen i gener när de förs vidare.

"Det har gjorts några studier om hur kritisk konjugering är för att bibehålla resistens trots dess kostnad, men det har saknats noggranna och väldefinierade experiment för att komma till definitiva slutsatser, " sa du. "Det är där Allison har gjort en central insats. Hennes otroligt noggranna mätningar gör att vi kan dra våra slutsatser med hög tillförsikt."

Allison Lopatkin, en doktorand i ditt laboratorium och första författare till uppsatsen, noggrant mätt graden av konjugation och antibiotikaresistens hos patogener i mer än en månad. Stammarna erhölls genom ett parallellt projekt med Duke Health, där du försöker fastställa hur vanlig konjugering är bland patogener.

Än så länge, Du har funnit att mer än 30 procent av de bakteriella patogenerna han har testat sprider resistens genom konjugering. Och av dem, nio testades ytterligare av Lopatkin för att se hur väl de skulle bibehålla sin resistens i frånvaro av antibiotika.

"Varje enskild klinisk stam vi testade bibehöll sin resistens genom konjugering även utan det selektiva trycket från antibiotika, sa Lopatkin.

Resultaten tyder på att - åtminstone för bakterier som byter resistensgener - att helt enkelt hantera mängden antibiotika som används inte kommer att vända utvecklingen av det växande resistensproblemet. För att göra några framsteg, enligt dig och Lopatkin, Det kommer också att behövas läkemedel som både stoppar delning av gener och minskar hastigheten med vilken de överförs genom reproduktion.

Lyckligtvis, sådana droger finns redan, och det kan finnas många fler där ute som väntar på att bli upptäckta.

"Vi gjorde samma experiment med ett läkemedel som är känt för att hämma konjugation och ett annat som uppmuntrar resistensgener att gå förlorade, "Sade Lopatkin. "Vi fann att utan närvaron av antibiotika kunde vi vända bakteriernas resistens i fyra av de patogener vi testade och kunde stoppa den från att spridas i resten."

En av läkemedlen är en godartad naturprodukt och den andra är ett FDA-godkänt antipsykotiskt läkemedel. Medan teamet har lämnat in ett provisoriskt patent för användning av kombinationen för att vända antibiotikaresistens, de hoppas att framtida arbete kommer att avslöja ännu bättre alternativ.

"Som ett nästa steg, vi är intresserade av att identifiera ytterligare kemikalier som kan fylla dessa roller mer effektivt, sade du. Historiskt sett, när forskare undersökte enorma bibliotek efter mediciner, de fokuserade på läkemedel som kan döda bakterierna. Men vad våra studier tyder på är att det finns ett helt nytt universum där du nu kan söka efter andra funktioner, som förmågan att blockera konjugering eller att inducera förlust av resistensgener. Dessa kemikalier, en gång visat sig vara säker, kan fungera som adjuvans till den vanliga antibiotikabehandlingen, eller så kan de tillämpas i en miljö som ett sätt att generellt hantera spridningen av antibiotikaresistens."