Verspreiding antibioticaresistentie blijkt nog ingewikkelder

Bacteriën die gevoelig zijn voor antibiotica kunnen een behandeling overleven wanneer er genoeg resistente cellen in de buurt zijn die antibiotica kunnen afbreken. Dit nieuwe inzicht in hoe een behandeling met antibiotica kan mislukken vanwege de microbiële context is op 27 december gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biology door microbiologen van de Rijksuniversiteit Groningen en collega’s uit San Diego.

Het hele onderzoek is mooi samengevat in een korte video van een cruciaal experiment. We zien bacteriën (stafylokokken) die gelabeld zijn met een groen fluorescerend eiwit en een resistentie-gen bezitten voor het antibioticum chlooramfenicol. Daarnaast zijn er zwarte streptokokken te zien zonder dit resistentie-gen. In een medium met het antibioticum beginnen de groene bacteriën te groeien en te delen, de zwarte bacteriën doen niets. Maar na enige tijd zien we dat sommige zwarte cellen ook gaan delen en op den duur zelfs sneller groeien dan de groene cellen.

Wat is hier aan de hand? Microbioloog Robin Sorg, de eerste auteur van het artikel, legt uit: ‘De resistente cellen nemen het antibioticum op en maken het onschadelijk. Op een zeker moment komt hierdoor de concentratie in het groeimedium onder een kritische grens, waarna ook niet-resistente cellen kunnen delen.’ Iets dergelijks is eerder gezien. ‘Cellen die resistent zijn voor penicilline kunnen het enzym dat dit antibioticum afbreekt, het bèta-lactamase, uitscheiden. Maar in ons geval vond de afbraak van het antibioticum plaats binnen in de resistente cellen.’

Kliniek

Deze bevinding is met time-lapse microscopie vastgelegd en bevestigd via rekenmodellen en in muizen met een longontsteking. ‘In die muizen zagen we dat een antibioticum-gevoelige Streptococcus pneumoniae bacterie de behandeling met chlooramfenicol overleven wanneer er tegelijkertijd een infectie is met resistente bacteriën.’ Verder lieten de resultaten van de verschillende experimenten zien dat overdracht van het resistentie-gen naar de gevoelige cellen niet plaatsvond. Deze resultaten bevestigen waarnemingen in de kliniek, waar een kweek van patiënten die zonder succes zijn behandeld met antibiotica soms bacteriën bevat die wel gevoelig zijn voor het gebruikte middel. Sorg: ‘Daar hebben artsen hun hoofd over gebroken, ons werk laat een mogelijke verklaring hiervoor zien.’

Het onderzoek laat zien dat gevoelige bacteriën langer blijven leven in de aanwezigheid van resistente bacteriën. Wat betekent dit voor de verspreiding van antibiotica resistentie? ‘Dat is ingewikkeld’, zegt Sorg. ‘We weten dat het gebruik van antibiotica zorgt voor selectie voor resistentie. Maar we begrijpen niet precies hoe dat werkt, of waarom resistentie heel snel kan ontstaan. Ons onderzoek, waarin we afzonderlijke cellen bestuderen, kan dit soort vragen helpen beantwoorden.’

Een belangrijke observatie is dat de gevoelige cellen tijdens het experiment in eerste instantie stoppen met groeien, maar niet dood gaan. ‘Veel antibiotica doden cellen die delen of ten minste een actieve stofwisseling hebben.’ Als de cellen niet dood gaan door de behandeling, krijgen ze de tijd om resistentie-genen uit de omgeving op te nemen.

Voorzichtiger

Deze kennis is belangrijk voor artsen die een patiënt behandelen met antibiotica. ‘We moeten deze geneesmiddelen voorzichtig gebruiken, dat wisten we al. Maar we moeten misschien nog voorzichtiger zijn dan we tot nu toe dachten.’ Sorg denkt ook dat een persoonlijke aanpak belangrijk kan zijn, door bijvoorbeeld niet-ziekmakende bacteriën te testen op de aanwezigheid van resistentie-genen. ‘Want dat zou de kans op overdracht naar ziekmakende bacteriën vergroten.’

Om het ontstaan van resistentie in niet-ziekmakende micro-organismen te voorkomen is het natuurlijk belangrijk zo min mogelijk antibiotica te gebruiken. En misschien komt er een moment, wanneer we precies weten welke mechanismen verantwoordelijk zijn voor de verspreiding van resistentie, dat we een manier vinden om dit te voorkomen.

Referentie: Robin A. Sorg, Leo Lin, G. Sander van Doorn, Moritz Sorg, Joshua Olson, Victor Nizet, and Jan-Willem Veening: Collective Resistance in Microbial Communities by Intracellular Antibiotic Deactivation . PLOS Biology 27 december 2016, DOI 10.1371/journal.pbio.2000631