Forskere forudser bakteriers resistensudvikling

Sygdom og behandling 25. jul 2021 3 min Professor Morten Otto Alexander Sommer Skrevet af Kristian Sjøgren

Forskere kan nu se, hvilke bakterier der kan udveksle gener for resistens med hinanden. Dermed bliver det lettere at forudsige, hvornår sygdomsfremkaldende bakterier udvikler resistens mod forskellige former for antibiotika. Opdagelsen kan også pege på de antibiotika, som vi muligvis godt kan bruge lidt mere af.

Interesseret i Sygdom og behandling? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Bakterier kan udveksle gener med hinanden.

Det vil sige, at eksempelvis gener for antibiotikaresistens kan blive overført fra den ene bakterie til den anden, som så også bliver resistent.

I hele betragtningen omkring resistensudvikling som et enormt folkesundhedsproblem er udveksling af resistensgener mellem sygdomsfremkaldende bakterier en sort boks, der kan vælte alle mulige skrækscenarier ud af.

I et nyt studie har danske forskere brugt genomdata fra flere tusinde forskellige slags bakteriestammer til at kortlægge, hvilke bakterier der har potentialet til at overføre resistensgener mellem hinanden.

Kortlægningen gør det muligt at forudsige, hvilke bakterier der i fremtiden formentlig vil udvikle resistens over for det ene eller andet antibiotikum.

"Vi kan bruge denne fremgangsmåde til at forudsige, hvilke resistensgener der kan komme ind i de sygdomsfremkaldende bakterier. Det er man ret interesseret i at vide, hvis man eksempelvis udvikler antibiotika eller arbejder med folkesundhed," forklarer en af forskerne bag studiet, professor Morten Sommer fra Novo Nordisk Foundations Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.

Bakterier kan overføre resistens på to måder

Morten Sommer har sammen med sine kollegaer arbejdet med forståelsen af resistensudvikling i bakterier i 10 år.

Bakterier kan i store træk blive resistente over for antibiotika på to måder. De kan enten mutere dele af deres eget genom og dermed blive resistente over for antibiotikummet, eller de kan modtage resistensgener fra en anden bakterie. 

Det kan ske ved såkaldt horisontal genoverførsel, hvor gener for antibiotikaresistens bliver overført fra den ene bakterie til den anden på et lille cirkulært stykke arvemasse kaldet et plasmid.

I det nye studie har Morten Sommer undersøgt netop den horisontale overførsel af resistensgener mellem bakterier.

"Resistens kan udvikles i alle mulige former for bakterier. Det kan være i bakterier i et vandrensningsanlæg, i jorden, i tarmene eller i sygdomsfremkaldende bakterier. Det vil også sige, at de sygdomsfremkaldende bakterier kan modtage et resistensgen fra eksempelvis en tarmbakterie og ad den vej blive resistent over for det pågældende antibiotikum. Derfor er reservoiret for resistens meget større end bare de sygdomsfremkaldende bakterier. Men vi har indtil nu manglet en forståelse af, hvilke bakterier der har potentialet til at overføre resistensgener mellem hinanden," forklarer Morten Sommer.

Kortlagt netværk af bakterier, der deler resistensgener med hinanden

I det nye studie har Morten Sommer med sine kollegaer analyseret på alt den tilgængelige genetiske information fra tusindvis af forskellige bakteriestammer, som har fået kortlagt deres genom. Forskerne har haft et særligt øje på den genetiske kode for resistensgener i plasmider.

Ved hjælp af avancerede matematiske modeller har forskerne kortlagt, hvordan resistensgener formentlig er blevet overført mellem bakterierne. På den måde har de kunnet inddele bakterierne i grupper, som sandsynligvis er gode til at overføre resistensgener mellem hinanden.

Forskerne så blandt andet en helt klar tendens til, at sygdomsfremkaldende bakterier i mange tilfælde er særligt gode til at dele resistensgener, men også ikke-sygdomsfremkaldende bakterier har denne evne.

"Vi har grupperet bakterierne i grupper på mellem to og flere end 20 bakterier, som er særligt gode til at overføre resistensgener mellem hinanden. Vi kalder dem for genudvekslingsnetværk. Her kan vi også se, at generne for resistens ikke bliver overført alene, men sammen med hjælpefaktorer, der er små genetiske sekvenser, som sidder ved siden af resistensgenerne. Dem har vi kortlagt i alt det genetiske materiale og derved fået et endnu bedre indblik i overførselsmekanismerne," siger Morten Sommer.

Morten Sommer forklarer, at netværket simpelt kan opsummeres som tendenser til, at for eksempel ”resistensgen A” ofte bliver overført på ”plasmid B” med en specifik overførselsmekanisme mellem ”bakterierne C og D”.

Kan være med til at regulere brugen af nye former for antibiotika

Forskeren uddyber, at opdagelsen kan bruges til fremadrettet at lave bedre vurderinger af resistensudvikling.

Finder forskere som eksempel et nyt resistensgen i en jordbakterie, kan de ved at studere dens genudvekslingsnetværk lave en vurdering af risikoen for, at resistensgenet ender i en sygdomsfremkaldende bakterie med alle de potentielle problemer for folkesundheden, som det fører med sig.

Forskerne har valideret dette potentiale i et andet datasæt, hvor de efterfølgende kunne se, at de bakterier, som de pegede på som potentielle modtagere af resistensgener, faktisk også udviklede resistens.

Inden for udvikling af nye former for antibiotika kan kortlægningen af genudvekslingsnetværkene også være interessant, fordi det blandt andet kan være med til at pege på, hvor hurtigt sygdomsfremkaldende bakterier vil udvikle resistens mod nye former for antibiotika.

Morten Sommer forklarer, at alle nye former for antibiotika bliver reserveret, så de kan benyttes mod resistente bakterier, når alt andet fejler. Her er det rart at vide, hvor lang tid et antibiotikum har at løbe på, før bakterierne formentlig bliver indifferente. Det kan den nye kortlægning være med til at svare på.

Men måske kan kortlægningen også være med til at åbne op for mere brug af nogle af de former for antibiotika, som vi lige nu holder igen med.

"Danske Leo Pharma har blandt andet udviklet et antibiotikum til urinvejsinfektioner, pivmecillinam, og selvom det nu er blevet brugt i flere årtier, er der næsten ikke udviklet resistens imod det. Udvikler man et nyt antibiotikum, og vi kan se, at der kun er et lille potentiale for resistensudvikling, kan man måske godt bruge det lidt mere ved lancering, end man ellers ville," siger Morten Sommer.

Forecasting the dissemination of antibiotic resistance genes across bacterial genomes” er udgivet i Nature Communications. I 2018 bevilgede Novo Nordisk Fonden en Challenge Programme-bevilling til Morten Sommer, professor, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU til projektet Design and Engineering of Biological Molecules and Systems.

Our work is broadly aimed towards understanding how biological systems establish, organize and evolve. We use cutting edge technology and aim to trans...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020