Darwinismus je často interpretován jako „boj o přežití“, v kterém si nikdo nebere servítky. Podobné argumenty taháme na světlo denní i ve chvílích, kdy cítíme potřebu ospravedlnit vlastní sobectví. Ve skutečnosti je příroda plná příkladů, které dokumentují výhody vzájemné spolupráce, nezištné pomoci a dokonce i sebeobětování. Bakterie mohou tímto způsobem celkem nečekaně získat odolnost vůči antibiotikům.

Teorie vzniku rezistence k antibiotikům je průzračně čirá. V dědičné informaci bakterií vznikají stále nové a nové mutace a může se stát, že se tak některá bakterie domůže odolnosti k antibiotikům. Někdy může bakterie získat gen pro odolnost už hotový.  Ať už k němu přijde svépomocí nebo výpůjčkou, nezíská tím obvykle žádnou výhodu. Naopak, někdy ji může taková mutace i trošku pošramotit, takže je to takový „bakteriální invalida“. Vše se změní ve chvíli, kdy je populace bakterií i s „invalidou“ vystavena účinku antibiotik – např. při léčbě choroby. Všechny normální bakterie vychcípají a díky mutaci přežije invalida. Ten je mezi mrtvými kolegy najednou ten nejzdatnější. Může se množit a za pár hodin či dní bezkonkurenčně vládne.

James J. Collins, Boston University (Credit BU)

Tenhle mechanismus šíření rezistence s sebou nese pro bakterie jednu nepříjemnou komplikaci. Populace bakterií prochází stádiem, kdy jsou její počty drasticky redukovány a to s sebou nese i velkou redukci v genetické pestrosti. Původní široké spektrum variant různých genů je v nenávratnu. Nová populace rezistentních bakterií je geneticky „jednobarevná“. I tak dokáže napáchat pořádné škody na zdraví i na životech. Stačí zmínit extenzivně rezistentní kmeny Mycobacterium tuberculosis popřípadě silně rezistentní kmeny bakterií Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae nebo Acinetobacter baumannii nesoucí gen pro New Delhi metalo-beta-laktamázu, na které zabírají už jen exotická antibiotika tigecyklin a kolistin.

Tým Jamese Collinse z Boston University studoval u bakterií Escherichia coli rezistenci vůči antibiotiku norfloxacinu. Zjistili, že celá populace bakterií v kultivační nádobě vykazuje vůči antibiotiku vyšší odolnost než většina menších vzorků odebraných z této nádoby. To vypadalo krajně nelogicky. Nakonec se ukázalo, že ve skutečnosti vzdoruje antibiotiku asi jen 1 % všech bakterií. Chování odebraného vzorku záviselo na tom, kolik odolných bakterií se do něj při odběru náhodou dostalo. Tyto bakterie produkovaly velká množství enzymu tryptofanázy, kterým rozkládaly aminokyselinu tryptofan na různé metabolity včetně molekul indolu. Odolné bakterie posílají indol do okolí a ten působí na bakterie, které si samy nedovedou dostatek indolu vyrobit. Indol chrání bakterie před antibiotikem dvěma různými mechanismy. Posiluje schopnost bakterií vylučovat antibiotikum z buňky jako toxickou látku a chrání bakteriální buňku před účinky volných radikálů, jež vznikají v důsledku působení antibiotika.

Zvětšit obrázek

Credit: HHMI

Rezistentní mutanti na produkci indolu doplácejí. Je to pro ně velká zátěž a bakterie nerostou tak dobře jako buňky, které indol neprodukují. Jde z jejich strany o altruistický počin. Ten se ale evolučně vyplácí, protože napomáhá přežití populace bakterií, s kterými sdílí chabě rostoucí mutant značnou část své dědičné informace. Jsou to jednoduché počty, které uvedl v širší povědomí už britský genetik Haldane. Z ryze genetického hlediska se mi vyplatí obětovat život pro tři bratry, z nichž každý nese polovinu mé dědičné informace, protože sice přijde vniveč 1,0 mé dědičné informace, ale zachrání se 3 x 0,5 = 1,5 mé dědičné informace v dědičné informaci mých bratrů.

Objev má dalekosáhlý význam pro boj s rezistentními bakteriemi. Tímto mechanismem může vzniknout rezistentní populace bakterií, která není geneticky „jednobarevná“ a udrží si svou původní genetickou pestrost. S tou pak můžou mít lékaři při léčbě mnohem více práce. Není divu, že James Collins volá po velmi intenzivním vývoji nových antibiotik. Toto odvětví farmacie ale skomírá, protože není dostatečně lukrativní. Z infekce se člověk vyléčí nejvýš za pár týdnů a pak už lék nepotřebuje. Navíc léky ztrácejí na účinnosti tím, jak se proti nim objevuje rezistence. A vrchol smůly je, že mnoho potenciálních „zákazníků“ obchodu s antibiotiky žije v chudých zemích třetího světa a ti na nové léky nemají peníze.  Vývoj antibiotika je drahý a peníze se nevracejí, protože se ho prodá málo. Lék, který pomáhá proti vysokému krevnímu tlaku nebo ulevuje od příznaků Alzheimerovy choroby, je pro výrobce mnohem lákavější. Jeho odbyt se soustředí především do ekonomicky vyspělých zemích, kde je dostatečně stará populace. Pacienti ho užívají roky nebo i desetiletí a vznik rezistence u něj nehrozí. Kdo by ještě chtěl vyvíjet antibiotika?
Jak je vidět, mezi bakteriemi nezištnost a altruismus najdeme. U kapitánů farmaceutického průmyslu nikoli.

Pramen: Nature