Rezistence na antibiotika je 30 000 let stará

Objev antibiotik před více než 70 lety zahájil období objevů a hledání nových antimikrobiálních látek a jejich využití v humánní a veterinární medicíně. Účinnost těchto sloučenin se však ve většině případů rychle snižovala, protože začaly vznikat rezistentní mikroorganismy. [1] Tato skutečnost se interpretovala tak, že rezistence patogenních mikroorganismů na antibiotika je moderní fenomén. Názor byl dlouho podporován tím, že sbírky mikroorganismů z preantibiotického období jsou vysoce citlivé na antibiotika. Poměrně nedávné molekulárněbiologické studie však ukázaly, že výskyt rezistenčních genů v prostředí je mnohem častější, než se původně myslelo. [2]

V časopisu Nature D’Costová se spolupracovníky [3] z laboratoře Gerryho Wrighta v článku nazvaném Rezistence na antibiotika je prastará popsali výsledky pokusů, ve kterých pomocí hloubkových vrtů získali vzorky permafrostových sedimentů pozdního pleistocénu. Vzorky odebrali východně od Dawson City, na Yukonu u Bear Creek; v tomto místě je zachovaný led, který je překryt vrstvou vulkanického popela, nazývanou Dawsonská tefra. Stáří této vrstvy na několika odběrových místech bylo stanoveno na 30 000 let. Podobně jako na několika dalších místech v této oblasti permafrost od doby svého uložení nikdy neroztál, a tak je odběr vzorků v této lokalitě ideálním zdrojem bezpečně datované DNA.

Pomocí sofistikovaných postupů autoři prokázali, že bakteriální kontaminace během odběru vrtnou soupravou je minimální, a že tedy jde o autentické vzorky. Vyvinuli sadu stanovení pro detekci genů kódujících rezistenci vůči hlavním třídám antibiotik a také s různými rezistenčními mechanismy, jako jsou modifikace nebo ochrana zásahového místa a enzymová inaktivace antibiotika. Autoři nalezli ß-laktamázové sekvence velmi podobné známým ß-laktamázám ze streptomycetů a dosud necharakterizovaným hydrolytickým enzymem podobným ß-laktamázám. Dále pak v permafrostu identifikovali několik genů typu tetM, které byly příbuzné ribozomálním ochranným genům z aktinomycetů. Nejpřekvapivější byl však nález fragmentů genu vanX, které zahrnovaly celý fylogenetický soubor charakterizovaných vankomycin rezistenčních genů nacházených v současných klinických preparátech a v prostředí.

Fylogenetické analýzy ukázaly, že mnoho prapůvodních sekvencí vanHAX je v klastrech s charakterizovanými rezistenčními geny aktinobakterií obsahujícími kasety vanHAX (např. streptomycety, Amylacotopsis produkující glykopeptidy a dusík-fixující Frankia sp.). Jiná skupina spadá do aktinobakteriálních sekvencí zahrnujících environmentální izoláty Paenibacillus a patogenní enterokoky.

Aby se ujistili, že získané sekvence jsou funkční a nepředstavují artefakty polymerázové řetězové reakce nebo pseudogeny, syntetizovali čtyři otevřené čtecí rámce se sekvencí HIAX/H2AX a získali tak enzymy, které purifikovali do homogenity. Charakterizace těchto enzymů ukázala, že jde o ligázy, které se účastní biosyntézy bakteriální buněčné stěny, jsou D-alanin-D-laktát specifické a mají kinetické parametry velmi podobné současným enzymům jak z klinických vzorků, tak z prostředí.

Tyto výsledky jasně ukazují, že vanHAA geny identifikované v prehistorických vzorcích kódují enzymy schopné bránit své producenty proti antibiotikům. Pomocí rentgenové krystalografie autoři potvrdili příbuznost mezi 30 000 let starými a současnými VanA enzymy. Zjistili, že sice existují nepatrné rozdíly mezi strukturou současných a prehistorických enzymů, ale že se tyto strukturální rozdíly neprojevují v jejich funkci.

Popisovaná práce jasně ukazuje, že antibiotické rezistenční geny předcházejí naše užívání antibiotik, a nabízí tak první přímý důkaz, že antibiotická rezistence je prastarý jev, který se v životním prostředí běžně vyskytuje. To je v souladu s tím, že rezistence je v klinické praxi tak častá a vynořuje se s vysokou frekvencí. Naznačuje to, že nová antibiotika selektují preexistující rezistenční determinanty, které cirkulovaly uvnitř mikrobního pangenomu celá tisíciletí. Tuto skutečnost je třeba vzít v úvahu i při našem „správcování“ existujících i nových antibiotik. To ale v žádném případě neznamená, že bychom se měli vzdát hledání nových antimikrobiálních látek s novými zásahovými místy. [4]