Forskare vid UNC School of Medicine har funnit att en bakterie kan bli mycket mer eller mindre mottaglig för ett antibiotikum beroende på den specifika bakteriesamhället i dess mitt.

Forskarna fann specifikt att bakterien Pseudomonas aeruginosa kan producera specifika molekylära faktorer som dramatiskt ökar eller minskar ett antibiotikas förmåga att döda Staphylococcus aureus, en annan bakterie som ofta infekterar med P. aeruginosa .

Resultaten, publicerad i PLoS -biologi , peka på möjligheten att nya antibiotika använder dessa faktorer för att öka antibiotikakänsligheten.

Forskningen visar också hur förståelsen av den exakta blandningen av bakterier och deras interaktioner kan bli en standard del av klinisk praxis vid behandling av bakterieinfektioner, särskilt de farligare infektioner som involverar antibiotikaresistens. Läkare mäter för närvarande antibiotikakänsligheten hos en infekterande bakterieart genom att undersöka den isolerat från andra arter.

"Samspelet med P. aeruginosa kan förändras helt S. aureus känslighet för vanliga antibiotika, "sade studiens seniorförfattare Brian P. Conlon, Doktorsexamen, biträdande professor i mikrobiologi och immunologi vid UNC.

Motstånd mot antibiotika av bakterier och andra mikrober är en pågående folkhälsokris, bidrar till cirka två miljoner infektioner och 23, 000 dödsfall per år i USA, enligt Centers for Disease Control and Prevention. P. aeruginosa , till exempel, är en multiresistent patogen i samband med sjukhusförvärvade infektioner, inklusive respiratorassocierad lunginflammation. Som för S. aureus ¬, vissa stammar orsakar inte sjukdom. Andra orsakar de klassiska "staph" -infektionerna som antibiotika dödar. Andra stammar, fastän, är antibiotikaresistenta.

Forskare har tävlat för att hitta sätt att övervinna motståndet hos dessa och andra bakterier.

En ledtråd i loppet för att övervinna antibiotikaresistens som Conlon och kollegor avslöjade är det S. aureus ibland antar en långsamt växande, "lågenergi" -tillstånd som gör det svårare att döda med antibiotika. Conlons team antog att detta lågenergistillstånd kan uppstå från konkurrens mellan arter. Med andra ord, en saminfekterande bakterieart kan ha utvecklat förmågan att producera faktorer som sätter mikrobiella konkurrenter i nackdel. Sådana faktorer kan innefatta toxiner, enzymer, eller olika bakteriekomponenter unika för specifika stammar.

"Vi vet det P. aeruginosa smittar vanligtvis med S. aureus och utsöndrar faktorer som bråkar med S. aureus ämnesomsättning, ”Sa Conlon.” Så vår hypotes var att denna interaktion kan kasta S. aureus till ett mer antibiotikaresistent tillstånd. "

Conlon och kollegor, inklusive författaren Lauren Radlinski, en doktorand i Conlon Laboratory som utförde de flesta experimenten, undersökte denna möjlighet i den nya studien. De inrättade en panel av S. aureus kulturer, utsatt dem för molekyler som utsöndras av 14 olika P. aeruginosa påfrestningar, och testade sedan känsligheten för varje kultur för ett av tre antibiotika:vankomycin, tobramycin, och ciprofloxacin.

Resultaten var slående och har konsekvenser för klinisk praxis.

De P. aeruginosa faktorer som påverkas S. aureus känslighet för alla tre antibiotika, i vissa fall i enorm omfattning. Några stammar av P. aeruginosa , som förväntat, betydligt reducerad S. aureus känslighet för tobramycin och ciprofloxacin. Förvånande, fastän, många andra stammar av P. aeruginosa kraftigt förbättrad S. aureus känslighet för antibiotika som används i experimenten.

"Faktorer som utsöndras av åtta av P. aeruginosa påfrestningar, till exempel, orsakade 100 till 1000 gånger mer dödande av S. aureus av vancomycin, jämfört med kontrollkulturen av S. aureus som inte utsattes för P. aeruginosa faktorer, Sa Conlon.

Forskarna identifierade tre specifika P. aeruginosa faktorer som svarade för dessa effekter:

• Ett proteinklippande enzym som kallas LasA ökade vankomycins förmåga att döda S. aureus .
• En uppsättning fettrelaterade molekyler som kallas rhamnolipider ökade S. aureus upptag av tobramycin.
• En liten organisk molekyl som kallas HQNO hämmade metabolismen av S. aureus , flytta det till lågenergistillståndet som gjorde det mer antibiotikaresistent.

Conlon och kollegor sa att det kan vara möjligt att skapa nya antibiotika som inkluderar känslighetshöjande faktorer LasA och rhamnolipider - och/eller blockerar den känslighetsreducerande faktorn HQNO - för att bygga en bättre arsenal mot allvarliga bakterieinfektioner.

Ett annat tillvägagångssätt skulle vara att utveckla enkla bakteriella genetiska tester som gör det möjligt för läkare att upptäcka när en saminfekterande bakterie sannolikt utsöndrar faktorer som avsevärt påverkar antibiotikakänsligheten.

Conlons team sekvenserar nu P. aeruginosa stammar för att se hur gensekvenser varierar mellan stammar och hur denna varians påverkar dessa stammars förmåga att producera de ovannämnda faktorerna som Conlons lab har beskrivit.