Bakterie odolávající antibiotikům padají z nebe

Antibiotika – přirozené látky produkované převážně mikroorganismy a potlačující růst jiných mikroorganismů – člověk bezděčně užíval ještě předtím, než byla objevena západní vědou. Ve starých rukopisech se uvádí, že se na rány z léčebných důvodů přikládaly tkaniny impregnované přírodními látkami nebo různými jinými organickými substancemi. Tyto prostředky pravděpodobně obsahovaly mikroorganismy produkující antibiotika. Skutečný rozvoj antibiotik nastal až v roce 1928, kdy sir Alexander Fleming popsal antimikrobiální účinek plísně Penicillium notatum na bakterie druhu Staphylococcus aureus, a po zavedení penicilinu do klinické praxe v USA koncem r. 1942. Tehdy totiž podstoupil penicilin první rozsáhlou klinickou zkoušku za účasti veřejnosti při léčení obětí požáru v bostonském nočním klubu Cocoanut Grove, při kterém zahynulo na 450 z 800 až 1000 hostů. Tento časový mezník se stal výchozím bodem pro vývoj nových antibiotik a jejich použití v kontrole bakteriálních infekcí.

Od šedesátých let minulého stolení mluvíme o antibiotické éře medicíny. V souvislosti s používáním antibiotik se dokonce uvažovalo o vymizení bakteriálních onemocnění jako zdravotnického problému. Tomu odpovídalo i jejich téměř neomezované a nadbytečné používání. Již v roce 1940 byl ale popsán enzym schopný destrukce penicilinu u izolátu Escherichia coli, běžné symbiotické bakterie střevního traktu člověka a zvířat. Tento objev byl prvním svědectvím o existenci bakteriální rezistence k účinku antibiotika.

V následujících desetiletích nabyla problematika antibiotické rezistence celosvětového významu a přístup k antibiotikům musel být přehodnocen. Byly vypracovány zásady racionální antimikrobiální terapie, omezeno profylaktické užívání antibiotik a používání těchto látek jako růstových stimulátorů. Přesto je v současné době celosvětově pozorován zvyšující se výskyt rezistentních bakterií k antimikrobiálním přípravkům, který představuje vážný problém při terapii infekčních onemocnění i v epidemiologické praxi.

Jsou někteří ptáci zdravotní hrozbou pro člověka?

Volně žijící ptáci mohou sloužit jako významné rezervoáry patogenních bakterií. V jejich střevním traktu se mohou tyto mikroorganismy množit a šířit se na člověka mnoha cestami. V tomto směru jsou významní především ptáci synantropní, využívající prostředí pozměněné člověkem. Se synantropními ptáky se můžeme setkat téměř na každém kroku. Obývají prostředí zemědělských farem, které jim poskytuje dostatek potravy i útočiště před nepříznivým počasím. Setkáváme se s nimi ve městech, kde v blízkosti lidských obydlí konzumují odpadky všeho druhu a často je lidé přikrmují.

Z nejčastějších bakteriálních patogenů člověka osídlujících trávicí trakt synantropních ptáků mají význam především salmonely, escherichie, kampylobaktery, listerie a chlamydie. Synantropní ptáci mohou být ale rovněž zdrojem parazitů a virových onemocnění, například ptačí chřipky (viz Vesmír 85, 132, 2006).

• Salmonely vyvolávají střevní onemocnění projevující se především průjmy. Kampylobaktery vyvolávají infekce z potravin a jsou původci přibližně dvojnásobného množství případů střevních průjmových onemocnění ve srovnání se známější salmonelou. Bývají často přítomny v trávicím traktu ptáků (z těch hospodářských zejména u kura domácího), kde žádné potíže nezpůsobují, zatímco u lidí jsou vážným patogenem. Z volně žijících ptáků je tato bakterie popisována především u kavek, strak, havranů a racků.
• Chlamydie rovněž bývají spojeny se synantropními ptáky. Druh Chlamydophila psittaci vyvolává u člověka respirační onemocnění označované jako psitakóza. Přenáší se převážně vdechnutím nebo kontaktem s trusem či peřím infikovaných papoušků, ale i holubů a racků.
• Listerie kolonizující trávicí trakt člověka a zvířat se vyskytují také na rostlinných zbytcích, ve vodě, bahně, půdě, a tedy kontaminují potraviny či krmiva. Tato potenciálně patogenní bakterie vyvolává listeriózu – v posledních letech široce diskutované onemocnění lidí i zvířat. Především hrozí u těhotných žen infekce plodu. Ze synantropních ptáků jsou za hlavní rezervoáry považováni rackové.

Epidemiologický význam synantropních ptáků spočívá zejména v nebezpečí kontaminace prostředí, například povrchových zdrojů pitné vody, vodních ploch používaných pro rekreaci nebo zavlažování ovoce a zeleniny. Nutno ovšem poznamenat, že ptáci mohou být primárně kolonizováni patogenními bakteriemi, jejichž zdroji byli nemocní lidé nebo nemocná domácí zvířata.

Podle našich současných bakteriologických studií s překvapením konstatujeme, že synantropní volně žijící ptáci jsou také významným rezervoárem a přenašečem (vektorem) bakterií, které disponují nejrůznějšími geny rezistence k antibiotikům (viz přehled mechanismů rezistence bakterií vůči účinku antibiotik, Vesmír 78, 27, 1999/1).

modelový organismus pro studium rezistence

Bakterie Escherichia coli je používána jako důležitý modelový organismus v mikrobiologii a genetice. Je významná zvláště pro obecné studium bakterií, ale využívá se také v biotechnologiích, například k produkci inzulinu. Proč je vůbec důležité rezistenci k antibiotikům studovat? A proč zrovna u E. coli? Odpověď je snadná. Právě střevní trakt, který tato bakterie obývá, je považován za jeden z nejdůležitějších rezervoárů bakterií nesoucích geny rezistence (více o genech rezistence viz Vesmír 78, 27, 1999/1) a prostředím, kde může docházet k výměně těchto genů v rámci horizontálního přenosu genetické informace i na různé druhy bakterií včetně patogenních salmonel (viz Vesmír 86, 455, 2007). Studium antibiotické rezistence má nesmírný epidemiologický význam. Je ukazatelem selekčního tlaku antibiotik používaných při léčbě bakteriálních infekcí, po němž následuje selhání antibiotické léčby. Vědecké poznatky posledních desetiletí přispěly do značné míry k pochopení základních biologických procesů antimikrobiální rezistence a jejího negativního vlivu na léčbu člověka a zvířat. Získané znalosti nám dávají příležitost tyto procesy ovlivnit. Vědci, kteří se zabývají výzkumem rezistence, si jsou vědomi celosvětového problému šíření rezistence a hledají jeho řešení ve správné antibiotické praxi, ve vývoji nových antimikrobiálních látek a dezinfekčních prostředků. Cílem boje proti rezistenci bakterií k antimikrobiálním látkám je vyvinout nové strategie jak zamezit a odstranit kolonizaci a infekci pacientů rezistentními bakteriemi. Jelikož jsme postrádali jakékoliv údaje o rezistenci této indikátorové bakterie kolonizující synantropní ptáky, soustředili jsme se na výzkum racků chechtavých, havranů polních, vrabců domácích, jiřiček obecných a volně žijících (ferálních) holubů domácích.

Racek chechtavý – významný rezervoár rezistentních bakterií

V České republice racek chechtavý často hnízdí na ostrůvcích umělých vodních nádrží, které jsou napájeny vodou zemědělského, městského nebo průmyslového původu. Na tocích jsou pod zdroji znečištění zpravidla čističky odpadních vod, ty ale bakterie nezneškodní. Rackové sbírají potravu z nejrůznějších míst, často obsahujících patogenní bakterie, a takto infikovaní ptáci mohou dál patogenní bakterie šířit (obrázek 6). Racek chechtavý představuje velké riziko kontaminace povrchových zdrojů pitné vody, vodních ploch určených pro rekreační účely a vody a potravy zvířat na farmách.

O našich raccích chechtavých je známo, že jsou významnými rezervoáry salmonel. V gastrointestinálním traktu infikovaných mláďat se mohou salmonely masivně pomnožit a mláďata trusem opět kontaminují prostředí hnízdních kolonií. V posledních letech je u salmonel v populacích racků chechtavých pozorován nárůst rezistence k antibiotikům, což s nejvyšší pravděpodobností odráží situaci v populaci člověka a hospodářských zvířat. A jak je na tom s rezistencí symbiotické E. coli? Vyšetřovali jsme tři hnízdní populace v intenzivně hospodářsky obdělávané krajině Moravy a Slezska. Téměř 30 % izolátů E. coli vykazovalo rezistenci k antibiotikům a byly dokonce nalezeny i kmeny s rezistencí k pěti či více antibiotikům, což je číslo srovnatelné se situací v chovech hospodářských zvířat i v lidské populaci. Jako nejvyšší se ukázala rezistence k tetracyklinu a ampicilinu. Volně žijící zvířata nejsou pod selekčním tlakem antibiotik, původ rezistentních bakterií u racků musí být v lidské populaci a u zvířat zemědělských farem.

Výsledky jsme porovnali s množstvím spo třebovaných antibiotik v České republice. Tetracyklin a betalaktamová antibiotika, kam patří i ampicilin, jsou nejčastěji používanými antibiotiky ve veterinární medicíně, kde jsou i příčinou vysoké rezistence bakterií. V humánní medicíně je situace obdobná, k léčbě jsou nejčastěji užívána betalaktamová antibiotika, která jsou následovaná tetracykliny. U rezistentních izolátů jsme nalezli nejrůznější geny odpovědně za rezistenci včetně integronů. Integrony jsou genetické elementy obsahující genové kazety a jako součást transpozonů ¹⁾ nebo plazmidů (blíže viz Vesmír 79, 273, 2005/5; 85, 452, 2006/8) jsou schopny se efektivně šířit mezi nejrůznějšími bakteriemi a v rozmanitých prostředích (viz Vesmír 78, 27, 1999/1).

Můžeme tedy s jistotou říci, že příčinu situace je nutné hledat u člověka, který často neuváženým podáváním antibiotik neblaze ovlivňuje nejen svou populaci a populace domácích zvířat, ale i populace volně žijících zvířat. Kruh se uzavírá: Rezistentní bakterie, které racek získal v potravě, se v jeho trávicím ústrojí pomnoží a mohou kontaminovat prostředí hnízdní kolonie či povrchové zdroje pitné vody, popřípadě infikovat člověka. Nedávno byl doložen případ přenosu salmonel z racka na člověka právě prostřednictvím kontaminace povrchových zdrojů pitné vody.

Havran polní – významný vektor rezistentních bakterií na dlouhé vzdálenosti

Havran polní je tažný pěvec s palearktickým rozšířením. V Česku pravidelně hnízdí a zimuje, zejména v nížinných oblastech, kde tradičně dodržuje společná hromadná nocoviště. Odtud se přes den havrani rozletují za potravou do vzdálenosti 10–25 km (obrázek 1). S mimořádně vysokými počty havranů se můžeme v zimě setkat ve městech, kde se mohou živit odpadky (viz Vesmír 74, 384, 1995/7). Z analýzy dat získaných kroužkováním havranů polních jsme zjistili, že havrani zimující v Česku pocházejí zejména z populace hnízdící v západní části středního pruhu evropské části Ruska a bývají zpravidla řadu let věrni svým zimním stanovištím (obrázek 3).

Ve vyšetřované zimní populaci poblíž Brna jsme prokázali přítomnost salmonel a ve 14 % vzorků trusu také E. coli rezistentní k antibiotikům. Jeden izolát vykazoval rezistenci dokonce k šesti antibiotikům zároveň. Nejčastější se – stejně jako u racků chechtavých – ukázala rezistence k tetracyklinu a ampicilinu. Otázkou zůstává, kde se havrani infikovali? V Rusku, nebo u nás? Odpověď by nám mohlo poskytnout zjištění, jak dlouho rezistentní bakterie ve střevě havrana přežívají. Zda po primární kolonizaci střeva po vylíhnutí přežívají rezistentní kmeny E. coli ve střevě týdny, měsíce, roky, nebo jsou v důsledku absence selekčního tlaku antibiotik v krátkém časovém období vytlačeny bakteriemi citlivými, které se nemusí vyrovnávat s biologickou zátěží danou přítomnými geny rezistence. Výzkumy tohoto typu bohužel chybějí nejen u synantropních ptáků, ale i u ostatních hostitelů E. coli. O původu rezistentních E. coli u havranů tedy můžeme pouze spekulovat, je však nutné havrana polního považovat za epidemiologicky významného potenciálního přenašeče jak patogenních bakterií, tak determinant (genů) antibiotické rezistence vázané na E. coli na dlouhé vzdálenosti v rámci celé Evropy.

Vrabec domácí a jiřička obecná na mléčných farmách

Vrabec domácí (obrázek 2) i jiřička obecná u nás dnes hnízdí téměř výhradně ve vazbě na lidská obydlí a patří k nejhojnějším synantropním ptákům. Často je nalézáme především na farmách, vrabce jako semenožravého (granivorního) ptáka, jiřičku jako hmyzožravý (insektivorní) druh. Údaje o výskytu rezistentních bakterií u synantropních ptáků jsou sporadické, proto jsme se zaměřili na tyto dva druhy. Soustředili jsme se na ptáky obývající prostředí farem, kde se chovají dojnice, u nichž byla dokumentována intenzivní antibiotická terapie a prokázán četný výskyt rezistentních E. coli v trávicím traktu telat. Kontakt vrabců s dobytkem, podestýlkou a krmivem na farmách byl bezprostřední, dalo se tedy předpokládat vysoké procento rezistentních bakterií. Přesto se semenožraví vrabci neprojevili jako významné rezervoáry rezistence. U vrabců činila prevalence ²⁾ rezistentních kmenů E. coli 9 %, u mláďat hmyzožravých jiřiček (obrázek 5) 5 %. Co je příčinou nižší prevalence rezistentních E. coli u těchto druhů oproti rackům a havranům? Důvod může být ve zcela odlišné potravě v porovnání s racky a havrany přiživujícími se na odpadcích často živočišného původu, popřípadě ve větší stabilitě běžné střevní mikroflóry vrabců a jiřiček, která brání usídlení jiných bakterií zvenčí. Vrabci i jiřičky jsou příležitostně kolonizováni rezistentními kmeny E. coli, ale v porovnání s racky a havrany je za významné rezervoáry ani přenašeče nepovažujeme.

Městský holub domácí

Zdivočelý (ferální) holub domácí (obrázek 4) se vyskytuje velmi početně ve všech větších městech, hlavně v jejich centrech, kde s oblibou vyhledává přístupné prostory budov, římsy, okapy a půdy, kde hnízdí. Za potravou vylétá každodenně do okolí měst nebo je hojně přikrmován lidmi. Holub domácí je považován za významný rezervoár infekčních nemocí, ale námi zjištěný výskyt rezistentních E. coli u tohoto synantropního ptáka byl velmi nízký, z vyšetřených druhů ptáků dokonce nejnižší (prevalence pouze 3 %), a je pravděpodobně odrazem odlišné ekologie tohoto druhu. Hlavní složkou potravy holubů je potrava rostlinná, která není kontaminovaná rezistentními bakteriemi. V zimě se často živí obilninami uskladněnými v silech, ale přiživuje se i odpadky, které připadají v úvahu jako potenciální zdroj rezistentních bakterií a mohou tak vysvětlovat nízkou prevalenci rezistentních bakterií u zdivočelých domácích holubů.

Je boj s rezistentními bakteriemi předem prohraný?

Antibiotická rezistence se stala jedním z hlavních problémů v terapii infekčních onemocnění člověka. Proto proti ní bojujeme. Co můžeme dělat? Snížit spotřebu antibiotik v humánní a veterinární medicíně, omezit, popř. zakázat (v EU) používání růstových stimulátorů u hospodářských zvířat, zavádět nové antimikrobiální látky, které budou schopny odolat nejrůznějším mechanismům bakteriální rezistence. Takové jsou možnosti řešení tohoto celosvětového problému, který se, jak zde dokládáme, přenesl i na populace volně žijících ptáků bez přímého kontaktu s antibiotiky. Nad skutečností, jak antibiotická politika v naší zemi ovlivňuje populace volně žijících ptáků, které nejsou pod selekčním tlakem antibiotik, bychom se měli přinejmenším pozastavit. V zájmu člověka by měla být snaha poznat rizika užívání antibiotik a zamezit pronikání bakterií rezistentních k antibiotikům do populací volně žijících zvířat.

Studie byla realizována s podporou projektu MŠMT ČR MSM6215712402.