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# 生物学# 微生物学

抗生物質に対する細菌の耐性を研究する

研究者たちは、病院環境でバイ菌がどのように耐性を進化させるかを調査している。

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細菌耐性に注目細菌耐性に注目て生き残るかを調べる。バイ菌が抗生物質に対してどうやって適応し
目次

抗生物質は、細菌による感染症と戦うのに役立つ薬なんだ。でも、抗生物質耐性っていう問題が増えてきてて、細菌がこれらの薬を耐えられるくらい強くなっちゃうことがある。この問題は特に病院で深刻で、多くの患者が接触するから耐性細菌が広がりやすいんだ。

抗生物質が使われると、細菌は生き残るためのプレッシャーを受ける。このプレッシャーが、新しい耐性細菌の発生につながることがある。一方、病院の密接な環境では、こうした耐性細菌が簡単に人から人に広がるんだ。それでも、全ての細菌が同じ割合で耐性になるわけじゃない。中には耐性になっても、抗生物質がない環境では生き残ったり広がったりできないものもあるんだ。

耐性進化の研究

なぜ一部の細菌が耐性になるのか、他はそうでないのかを理解するために、研究者たちはエンテロコッカス・フェカリスっていう特定の細菌を研究してる。この細菌は、重い感染症の治療に使われるダプトマイシンに対して耐性を持つことができる。ダプトマイシンが広く使われる前は、E. faeciumの耐性は珍しかったけど、薬の使用が増えるにつれて耐性も増えてきたんだ。

研究者たちは、耐性細菌が広がるのを制限する要因を見つけようとしてる。彼らの理論は、抗生物質がない時に耐性細菌が元の感受性に戻る能力が、大きな役割を果たしているってこと。

耐性が進化する方法

抗生物質で治療できる細菌の集団が抗生物質に出会うと、一部の細菌は適応して耐性になることがある。患者が抗生物質で治療された後、耐性細菌は生き残るために広がり続ける必要がある。その方法はいくつかあるよ:

  1. 耐性の喪失: 一部の細菌は、元の状態に戻ったり新しい突然変異が耐性を打ち消したりすることで、耐性を失うことがある。そうなると、耐性細菌が広がる可能性が低くなる。

  2. 補償的突然変異: 場合によっては、細菌は耐性を持ちながら、耐性のマイナス効果を減らす方法を見つけることがある。

  3. 低フィットネスコストの耐性: 耐性をもたらす突変が、細菌の成長や広がりに悪影響を与えないこともある。もしこうした突変が多いと、耐性細菌がより簡単に広がることができる。

研究者たちは、病院で耐性細菌が広がるのを見るとき、それがしばしば低コストの耐性タイプや、細菌が感受性に戻りにくくなる方法で適応しているからだと考えてる。

研究プロセス

理論を検証するために、研究者たちはダプトマイシン耐性のE. faecium細菌の異なるグループを調べた。治療後に耐性を発現した(de novo)ものと、最初から耐性を持っていた(putatively transmitted)ものに焦点を当てた。

患者からサンプルを集めて、抗生物質がない条件下でこれらの細菌がどんなふうに振る舞うかを調べた。細菌を育てて、時間の経過とともに耐性がどう変わるかを観察したんだ。

重要な発見

  1. 耐性レベル: 治療後に発生した耐性細菌は、伝播された耐性細菌よりも感受性に戻るのが早い傾向があった。

  2. 進化のパターン: 実験室でde novoグループの細菌を育てたとき、異なるサンプル間で似たような遺伝的変化が見られた。これは、彼らが置かれた条件に応じた進化のパターンを示してた。一方で、伝播された耐性細菌は一貫したパターンを示さなかった。

  3. 遺伝的変化: 実験室で観察された多くの遺伝的変化は破壊的で、細菌に重要な変化をもたらした。特にde novoグループにおいてそうだった。

  4. フィットネス比較: 研究者たちは、細菌が実験室でどれくらい成長したかを測定した。両グループとも、初期の形態に比べて成長能力が向上したけど、de novoグループは耐性を失う傾向がより明確だった。

耐性グループの比較

研究によると、治療後に新たに耐性を獲得したダプトマイシン耐性細菌(de novo)は、最初から耐性を持っていた細菌(putatively transmitted)とは違う振る舞いをしていた。

治療後に耐性を発現した細菌は、感受性の状態に戻るのが比較的容易だった。これによって、彼らの初期の耐性は、抗生物質がない時に生き残る能力により大きな負担があったことを示唆してる。

対照的に、最初から耐性を持っていた細菌はこの傾向を示さなかった。彼らは耐性のままだったけど、抗生物質がない条件での成長の仕方には微妙な違いがあった。

発見の意義

この発見は重要な意味を持ってる。細菌が感受性に戻る能力が、病院での抗生物質耐性の広がりをコントロールするのに役立つかもしれない。

研究者たちは、細菌が進化する仕組みを理解することで、感染症の治療方法を管理するのに役立つことを強調した。耐性をもたらす特定の突然変異が不安定なら、抗生物質の慎重な使用を通じて耐性の広がりを減らす可能性があるんだ。

結論

抗生物質耐性は、特に感染症がすぐに広がる病院で、大きな課題となっている。この研究は、E. faeciumが耐性を発展させ、その後抗生物質がない環境で感受性に戻る能力に焦点を当てた。

研究は、治療中に耐性を発展させた細菌と、最初から耐性を持っていた細菌との間に重要な違いがあることを示した。これらのパターンやメカニズムを理解することが、医療現場での抗生物質耐性の問題に対処する上で重要かもしれない。この知識を活用することで、医療従事者は耐性細菌感染を撃退し、患者の健康を守るための戦略をより良く策定できるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Reversion to sensitivity explains limited transmission of resistance in a hospital pathogen

概要: 1Bacterial pathogens that are successful in hospital environments must survive times of intense antibiotic exposure and times of no antibiotic exposure. When these organisms are closely associated with human hosts, they must also transmit from one patient to another for the resistance to spread. The resulting evolutionary dynamics have, in some settings, led to rising levels of resistance in hospitals. Here, we focus on an important but understudied aspect of this dynamic: the loss of resistance when the resistant organisms evolve in environments where the antibiotic pressure is removed. Based on prior data, we hypothesize that resistance arising in the context of strong selection may carry a high cost and revert to sensitivity quickly once the selective pressure is removed. Conversely, resistant isolates that persist through times of no antibiotic pressure should carry a lower cost and revert less quickly. To test this hypothesis, we utilize a genetically diverse set of patient-derived, daptomycin-resistant Enterococcus faecium isolates that include cases of both de novo emergence of resistance within patients and putatively transmitted resistance. Both of these sets of strains have survived periods of antibiotic exposure, but only putatively transmitted resistant strains have survived extended periods without antibiotic exposure. These strains were then allowed to evolve in antibiotic free laboratory conditions. We find that putatively transmitted resistant strains tended to have lower level resistance but that evolution in antibiotic-free conditions resulted in minimal loss of resistance. In contrast, resistance that arose de novo within patients was higher level but exhibited greater declines in resistance in vitro. Sequencing of the experimentally evolved isolates revealed that reversal of high level resistance resulted from evolutionary pathways that were frequently genetically associated with the unique resistance mutations of that strain. Thus, the rapid reversal of high-level resistance was associated with accessible evolutionary pathways where an increase in fitness is associated with decreased resistance. We describe how this rapid loss of resistance may limit the spread of resistance within the hospital and shape the diversity of resistance phenotypes across patients.

著者: Robert J Woods, K. Tracy, J. McKaig, C. L. Kinnear, J. Millar, A. King, A. F. Read

最終更新: 2024-06-03 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597162

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597162.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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