Antibiotika kan vara livräddande för personer som lider av allvarliga bakteriella infektioner som lunginflammation och hjärnhinneinflammation. Läkemedlen är dödliga för bakterier - men vissa bakterier slår tillbaka genom att utveckla resistens mot antibiotika, och några motstår inte bara anfallet, men förvandla de dödliga drogerna till mat.

Forskare har inte förstått mycket om hur bakterier klarar av att konsumera antibiotika säkert, men ny forskning från Washington University School of Medicine i St. Louis belyser viktiga steg i processen.

Resultaten, publicerad 30 april i Naturens kemiska biologi , kan leda till nya sätt att eliminera antibiotika från land och vatten, sa forskarna. Miljökontaminering av antibiotika främjar läkemedelsresistens och undergräver vår förmåga att behandla bakterieinfektioner.

"För tio år sedan snubblade vi på att bakterier kan äta antibiotika, och alla blev chockade av det, " sa seniorförfattaren Gautam Dantas, PhD, en docent i patologi och immunologi, av molekylär mikrobiologi, och biomedicinsk teknik. "Men nu börjar det bli vettigt. Det är bara kol, och var det än finns kol, någon kommer att komma på hur man äter det. Nu när vi förstår hur dessa bakterier gör det, vi kan börja tänka på sätt att använda denna förmåga att bli av med antibiotika där de orsakar skada. "

Läkemedelsresistens är ett allvarligt och förvärrat problem som hotar att föra tillbaka sjukvården till en tid då antibiotika ännu inte upptäcktes och infektionssjukdomar var den främsta dödsorsaken i världen.

Moderna industri- och jordbruksmetoder påskyndar ökningen av antibiotikaresistens genom att mätta miljön med aktiva läkemedel. I Indien och Kina, som tillsammans producerar den stora majoriteten av världens antibiotika, Läkemedelsfabriker dumpar ibland antibiotikafyllt avfall i lokala vattendrag. I USA, vissa bönder lägger till antibiotika till sitt djurfoder för att hjälpa deras boskap att växa, som producerar avfall lastat med drogerna.

Bakterier delar lätt genetiskt material. Så när antibiotika infiltrerar vattnet och jorden, inhemska bakterier svarar genom att sprida antibiotikaresistensgener genom samhället.

Dantas, postdoktor och första författare Terence Crofts, PhD, och kollegor ville förstå hur vissa miljöbakterier inte bara tål antibiotika, men livnär sig på dem. De studerade fyra avlägset besläktade arter av jordbakterier som alla blomstrar på en diet av enbart penicillin. Penicillin var det första antibiotikumet som upptäcktes, men den har fallit i onåd på grund av motstånd. Andra medlemmar av penicillinfamiljen som amoxicillin och ampicillin är fortfarande effektiva och ordinerade i stor utsträckning för att behandla bakterieinfektioner.

Forskarna hittade tre distinkta uppsättningar gener som blev aktiva medan bakterierna åt penicillin men inaktiva medan bakterierna åt socker. De tre uppsättningarna gener motsvarar tre steg som bakterier tar för att omvandla en dödlig förening till en måltid.

Alla bakterier börjar med att neutralisera den farliga delen av antibiotikan. När giftet är avväpnat, de skär av en välsmakande portion och äter den.

Att förstå stegen som är involverade i att omvandla ett antibiotikum till mat skulle kunna hjälpa forskare att biotekniker bakterier att städa upp jord och vattendrag som är förorenade med läkemedel och därigenom bromsa spridningen av läkemedelsresistens. De jordbakterier som naturligt äter antibiotika är petiga och svåra att arbeta med. Men en mer smittsam art som E. coli kan eventuellt konstrueras för att livnära sig på antibiotika i förorenat land eller vatten.

Crofts och Dantas visade att de kunde ge E. coli förmågan att överleva och frodas på penicillin. Bakterien kräver normalt socker, men med viss genetisk modifiering och tillsats av ett nyckelprotein, den blomstrade på en sockerfri diet av penicillin.

"Med lite smart teknik, vi kanske kan modifiera bakterier för att bryta ner antibiotika i miljön, sa Crofts.

Varje sådant bioteknikprojekt måste inkludera en plan för att påskynda antibiotikaätningsprocessen. Sättet som jordbakterier naturligt tar bort antibiotika från miljön är effektivt men långsamt. De kunde omöjligt hantera mängderna antibiotika nära läkemedelsfabriker och i avloppsanläggningar.

"Du kan inte bara släcka en åker med dessa jordbakterier idag och förvänta dig att de ska städa upp allt, " sa Dantas. "Men nu vet vi hur de gör det. Det är mycket lättare att förbättra något som du redan har än att försöka designa ett system från grunden. "