Mennesker med lungesygdomme behandles i lange periode med lave doser af lægemidler kaldet makrolider. De påvirker immunsystemet, men har også en effekt på bakterier. Nu har forskere – til deres store overraskelse – fundet ud af, at makroliderne skaber antibiotikaresistens blandt Pseudomonas-bakterier i lungerne hos mennesker med cystisk fibrose. Antibiotikaene virker, hvis de bruges korrekt, men der bør testes for resistens og de typer af resistens, der opstår, bør undersøges.
Mennesker med cystisk fibrose har et væld af bakterielle lungeinfektioner, der ofte bliver kroniske og kan vare i årtier. De behandles derfor med en række forskellige antibiotika samt immunstimulerende eller -dæmpende behandlinger. En af de vigtige behandlingsformer er makrolider, som oprindeligt blev udviklet som antibiotika, men til personer med cystisk fibrose bruges de effektivt som anti-inflammatorisk behandling.
”Mennesker med cystisk fibrose bliver typisk inficeret med Pseudomonas aeruginosa-bakterier. Ifølge internationale retningslinjer reagerer disse bakterier ikke på makrolider, men vores nye undersøgelse viser, at det ikke er sandt,” forklarer en hovedforfatter til undersøgelsen, Ruggero La Rosa, seniorforsker, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability , Danmarks Tekniske Universitet, Kongens Lyngby.
Forskerne bemærkede adskillige mutationer i det kendte antibiotikabindingssted for makroliderne i deres samling af kliniske stammer af Pseudomonas aeruginosa, hvilket indikerer, at antibiotika udvikler resistens.
Så disse makrolider hjælper med at bekæmpe infektionerne, hvis de bruges korrekt, men hvis de misbruges, kan de faktisk fremme udviklingen af kroniske infektioner.
Lidt mere plads i en specifik lomme
Forskernes interesse opstod gennem deres interesse for ribosomet – et af de vigtigste organeller inde i cellen og det maskineri i alle celler, der omsætter genetiske skabeloner til proteiner. I deres samling af bakteriestammer, specifikt i Pseudomonas aeruginosa, bemærkede forskerne et usædvanligt antal mutationer, der var ophobet under infektioner hos mennesker med cystisk fibrose.
”Ribosomerne anses for at være så vigtige for cellens funktion, at man i princippet ikke skal kunne ændre dem for meget, fordi man så på en eller anden måde ville ændre deres funktion og påvirke ribosomet og cellen negativt. Så vi undrede os over, hvorfor disse mutationer akkumuleres. Som forventet kan mange mutationer skade cellerne, men nogle kan faktisk gavne bakterierne, og vi fandt en interessant mutation, der forårsagede antibiotikaresistens,” forklarer Ruggero La Rosa.
Tilsyneladende var fordelene ved antibiotikaresistens større for bakterierne end den skade forårsaget af ændringer i det ellers stabile og essentielle ribosomcellemaskineri. Resultaterne fik forskerne til at undersøge ændringerne nærmere.
"Antibiotika blokerer normalt for proteinsyntesen i bakterierne, men de her ændringer skabte simpelthen bare lidt mere plads i den specifikke lomme, hvor antibiotika binder sig, så oversættelsen af proteiner kunne fortsætte – selv ved tilstedeværelsen af antibiotika," siger Ruggero La Rosa.
Ændrede sig dramatisk
Pseudomonas aeruginosa anses normalt for at være resistente makrolider. Og faktisk viser testning af makrolidfølsomhed ved brug af standardmetoder, der anvendes i alle kliniske laboratorier, at graden af resistens – den såkaldte minimale hæmmende koncentration – er ekstremt høj.
"Det betyder, at stammerne ser ud som om, de faktisk er resistente. Men mens en af vores kloge postdoc-stipendiater var i gang med at undersøge det, fik hun en idé,” siger Ruggero La Rosa.
Postdoc Lise Goltermann indså, at det standardiserede medium, der blev brugt til at teste resistens, slet ikke afspejlede det miljø, der er omkring en infektion.
"Så hun begyndte at ændre mediesammensætningen og indså, at når hun ændrede sammensætningen til at matche en luftvejsinfektion, ændrede de minimale hæmmende koncentrationsmålinger sig dramatisk. Bakterierne så pludselig slet ikke resistente ud mere,” forklarer Ruggero La Rosa.
Skal begynde at teste for modstand
Pseudomonas aeruginosa er en væsentlig årsag til luftvejsinfektioner og den overvejende årsag til sygdom og død blandt mennesker med cystisk fibrose. Antibiotika til effektiv behandling af Pseudomonas aeruginosa er derfor afgørende. Lige så vigtige i behandlingen er immunmodulerende forbindelser, såsom makrolider, da de reducerer produktionen af inflammationskabende cytokiner og reducerer kronisk inflammation.
"Nogle af disse mennesker behandles intensivt med makrolider på grund af deres effekt på immunsystemet. Men vi skal være opmærksomme på, at fordi makrolider også er antibiotika, skaber vi antibiotikaresistens uden selv at vide det og uden selv at screene for antibiotikamodtagelighed eller -resistens,” siger Ruggero La Rosa.
Ruggero La Rosa tilføjer, at dette er bekymrende, fordi resistensmekanismen ikke er fuldstændig kendt, og fordi Pseudomonas aeruginosa er ved at opbygge resistensgener.
"Den gode nyhed er, at Pseudomonas aeruginosa er følsom over for disse makrolider, og at de faktisk kan fungere som antibiotika blandt mennesker med cystisk fibrose. Men vi skal begynde at teste for resistens, og vi skal begynde at betragte makrolider som rigtige antibiotika ligesom andre antibiotika. Det er vigtigt at begynde at undersøge den her slags resistens,” forklarer Ruggero La Rosa.
Modtagelighedstest er den virkelige udfordring
Forskerne er nu begyndt at undersøge de typer af resistens, der er opstået fra de 529 isolater fra mennesker med cystisk fibrose. Ved at analysere næsten 6.000 proteinsekvenser har de fundet mange typer ændringer, og selvom de ikke er færdige med arbejdet endnu, bekymrer mange af ændringerne dem.
"Vi er stadig i fuld gang, men vi har allerede fundet ud af, at da ribosomerne er centrale komponenter i cellen, får man en helt anden fænotype af bakterierne, så snart de muterer. Det, vi bemærker, er, at disse mutationer dybest set også ændrer udtrykket af de såkaldte virulensfaktorer,” siger Ruggero La Rosa.
Ved akutte infektioner anvender bakterier flere virulensfaktorer for at dræbe deres vært. Men ved kroniske infektioner er målet for bakterier ikke at dræbe værten med det samme. Ved at ændre deres virulensfaktorer kan værten overleve, og bakterierne kan lettere gemme sig, når værtens immunsystem er mindre aktivt.
De forsøger at være så tavse som muligt for at overleve så længe som muligt. På denne måde bliver infektionen kronisk, så det kan være en stor fordel for bakterier at ændre deres virulensfaktorer.
Vi kommer tættere på
Takket være en bevilling fra Novo Nordisk Foundation Challenge Programme til Helle Krogh Johansen – co-principal investigator sammen med professor Søren Molin for Infection Microbiology-gruppen i Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability – er forskerne i fuld gang med at bygge et infektionsmodelsystem til at begynde at stille spørgsmål.
"Som f.eks. hvordan antibiotikaresistensmutationer påvirker den overordnede fænotype; hvordan infektionen ændrer sig, hvis man får de mutationer,” forklarer Ruggero La Rosa.
Indtil disse undersøgelser er færdige, siger Ruggero La Rosa, bør fokus være på, hvordan bakterier i klinisk praksis testes for potentiel antibiotikaresistens. At designe bedre følsomhedstest og træffe kliniske beslutninger om behandling baseret på følsomhedstest er den virkelige udfordring. Et klinisk laboratorium tester tusindvis af stammer hver dag.
"Så du skal have en pålidelig og standardiseret testmetode, men vores undersøgelser viste, at resistens er overset i det standardiserede medium, der bruges nu. Måske, hvis vi kommer tættere på de medier, der er specifikke for infektionen, kan vi lære meget mere og udføre en bedre diagnose og i sidste ende forbedre behandlingen. Hvis vi bruger dem effektivt, er makrolider ikke kun immunmodulatorer, men også effektive antibiotika til behandling af mennesker med Pseudomonas aeruginosa-infektioner,” slutter Ruggero La Rosa.
