Antibioottien keksiminen oli eräs lääketieteen tärkeimmistä edistysaskelista. Se on parantanut merkittävästi ihmiskunnan terveyttä. Ihmisiä tappaneet bakteeritulehdukset, kuten tuberkuloosi ja haavojen tulehdukset, on nyt mahdollista hoitaa, ja tämä on pelastanut miljoonia ihmishenkiä.
Antibioottien tultua käyttöön 1930-luvulla, vuosittaiset kuolemantapaukset esimerkiksi USA:ssa vähenivät käyttöä seuranneiden noin 15 vuoden aikana 220 kuolemalla sataatuhatta ihmistä kohti. Kaikki muut lääketieteelliset teknologiat vähensivät seuraavien 45 vuoden aikana vuosittaisia kuolemia yhteensä vain noin 20 kuolemalla sataatuhatta ihmistä kohti.
Vastustuskyky antibiooteille uhkaa kuitenkin tätä suotuisaa kehitystä. Monille tai kaikille antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien aiheuttamat tulehdukset lisääntyvät maailmanlaajuisesti. Lisäksi yhä harvemmat lääkeyritykset kehittävät uusia antibiootteja. Vuonna 1990 antibiootteja kehittäviä lääkeyrityksiä oli vielä 18, mutta vuonna 2011 alalla toimi enää neljä yritystä. Tämä johtuu siitä, että vastustuskyky uudelle antibiootille tulee nopeasti esiin sen markkinoille tulon jälkeen, ja uusien antibioottien kehittäminen on hyvin kallista. Kun vuonna 2015 ilmoitettiin uuden antibioottien ryhmän keksimisestä, tämä tapahtui ensimmäistä kertaa sitten vuoden 1987.
Koulujen ja yliopistojen biologian oppikirjat väittävät yleensä, että vastustuskyky antibiooteille olisi esimerkki ”toimivasta evoluutiosta” ja tämä todistaisi, että mikrobit voisivat muuttua mikrobiologeiksi miljardien vuosien kuluessa. Ilmiön taustalla olevien biokemiallisten mekanismien tutkiminen osoittaa kuitenkin, että vastustuskyvyn ilmaantuminen ei tue väitetyn kaltaisia suuren mittaluokan evoluutiomuutoksia. Havaitut muutokset tukevat luomisopin mukaista näkemystä eliömaailmasta, missä tapahtuvat luonnolliset muutokset ovat rajallisia, eivätkä voi johtaa eliöiden muuttumiseen yhdestä luodusta lajityypistä toiseksi.
Vastustuskyvyn mekanismit
Tutkijat ovat löytäneet vastustuskyvyn ilmaantumiselle kolme pääasiallista tapaa:
1. Antibiootin vaikutuskohteen muuttaminen tai suojaaminen
2. Lääkkeen kohteeseen pääsyn rajoittaminen
3. Antibiootin tekeminen tehottomaksi (inaktivointi).
𝟏. 𝐀𝐧𝐭𝐢𝐛𝐢𝐨𝐨𝐭𝐢𝐧 𝐯𝐚𝐢𝐤𝐮𝐭𝐮𝐬𝐤𝐨𝐡𝐭𝐞𝐞𝐧 𝐦𝐮𝐮𝐭𝐭𝐚𝐦𝐢𝐧𝐞𝐧 𝐭𝐚𝐢 𝐬𝐮𝐨𝐣𝐚𝐚𝐦𝐢𝐧𝐞𝐧
Kolistiini, joka tunnetaan myös nimellä polymyksiini E, tarjoaa esimerkin. Ihmisen kehossa kolistiini on positiivisesti varautunut molekyyli, joka kiinnittyy negatiivisesti varautuneisiin molekyyleihin (lipopolysakkarideihin LPS), joita on tiettyjen gram-negatiivisten bakteerien ulommassa solukalvossa. Tämä kiinnittyminen on ensimmäinen ja keskeinen vaihe bakteereja tappavassa tapahtumassa.
Jossakin yksittäisessä bakteerissa mutaatiot voivat estää LPS:n tuotannon. Tämä estää kolistiinin kiinnittymisen – ja bakteeri selviää hengissä.
On monimutkaisempiakin mekanismeja, jotka estävät antibiootin kiinnittymisen. Positiivisesti varautuneet magnesium-ionit, jotka sitoutuvat negatiivisesti varautuneisiin LPS-molekyyleihin, vakauttavat normaalisti tämän tyyppisten bakteerien solukalvon. Kun magnesiumpitoisuus on matala, bakteereilla on järjestelmä, jolla ne peittävät negatiiviset varaukset solukalvon säilyttämiseksi vakaana. Solulla on säätelyjärjestelmiä varausten peittämisen hallintaan. Niitä kytketään päälle vain tarvittaessa. Mutaatio voi vaurioittaa säätelyjärjestelmää, mikä voi johtaa peittämisjärjestelmän jatkuvaan toimintaan. Solu ei voi silloin kääntää sitä pois päältä. Negatiivisten varausten määrän väheneminen johtaa silloin siihen, ettei antibiootti voi nytkään kiinnittyä soluun ja tappaa sitä. Tässä tapauksessa mutatoitunut solu hukkaa resurssejaan tilanteessa, jossa järjestelmää ei tarvita eli bakteeri selviytyy huonommin silloin, kun antibioottia ei ole ympäristössä [tappamassa sen kilpailijoita].
Katsotaan asiaa miten päin tahansa, mutaatiot rikkovat olemassa olevia toimintoja sen sijaan, että ne kehittäisivät jonkin uuden mekanismin, johon sisältyisi uusien entsyymien ja proteiinien toiminta.
Antibioottiresistenssi. Onko evoluutio todiste?
2
127
Vastaukset
𝟐. 𝐋𝐚̈𝐚̈𝐤𝐤𝐞𝐞𝐧 𝐤𝐨𝐡𝐭𝐞𝐞𝐬𝐞𝐞𝐧 𝐩𝐚̈𝐚̈𝐬𝐲𝐧 𝐫𝐚𝐣𝐨𝐢𝐭𝐭𝐚𝐦𝐢𝐧𝐞𝐧
Monien antibioottien on päästävä sisälle bakteeriin, jotta ne voivat tappaa sen. Esimerkkinä tästä on fosfomysiini, joka tappaa bakteerit estämällä niitä valmistamasta erästä soluseinämän välttämätöntä ainesosaa. Bakteerien soluseinämässä on erilaisia ”pumppuja”, jotka kuljettavat ravinteita soluun. Vaikka pumppujen siirtäjämolekyylit ovat hyvin valikoivia siinä, mitä ne kuljettavat, fosfomysiini muistuttaa rakenteeltaan niiden kuljettamia tavallisia ravinteita, joten se pääsee siirtymään solun sisälle.
Mutaatiot niissä geeneissä, jotka määräävät, miten solu valmistaa näiden pumppujen siirtäjämolekyylit, tai säätelygeeneissä, jotka lisäävät niiden tuotantoa, voivat aiheuttaa sen, että pumppuja ei valmistu lainkaan tai ne ovat tehottomampia. Tästä seuraa, että fosfomysiiniä ei pääse lainkaan tai vain hyvin niukasti solun sisälle. Nämä solut ovat fosfomysiinille vastustuskykyisiä.
Jälleen kerran mutaatiot tuhoavat solun normaalin toiminnan eivätkä luo uusia geenejä, uusia proteiineja tai entsyymejä. Tämä on kaukana siitä ajatuksesta, että vastustuskykyinen solu olisi ”uusi paranneltu malli”, sillä nämä solut eivät myöskään kykene kuljettamaan tavallisia ravinteita normaaleja määriä, koska pumput ovat nyt vahingoittuneita tai puuttuvat. Niinpä antibiootin poissa ollessa sille herkät bakteerit syrjäyttävät vastustuskykyiset bakteerit, ja lopulta vastustuskykyiset yksilöt muodostavat vain pienen osan kokonaisbakteerikannasta.
Käänteiset pumput
Monilla bakteerilajeilla on pumppuja, jotka työntävät erilaisia aineita, myös myrkyllisiä, ulos solusta. Niitä kutsutaan ”ulosvirtauspumpuiksi”. Nämä voivat pumpata myös antibiootteja ulos solusta ja estävät näin antibioottia tappamasta sitä. Ulosvirtauspumppujen valmistukseen liittyvien geenien säätely on monimutkaista, mutta pumppujen lukumäärää rajoittavien säätelijöiden mutaatiot voivat johtaa monien lisäpumppujen tuottamiseen, jolloin solusta tulee vastustuskykyinen antibiootille. Tämän tyyppinen vastustuskyky on erityisen tärkeää fluorokinolonien luokkaan kuuluville antibiooteille. Voidaan todeta, että tässäkin viallinen säätelyjärjestelmä tuhlaa solun voimavaroja, kun se valmistaa ylimääräisiä pumppuja silloin, kun niitä ei tarvita. Tämän mutaation sisältävät solut säilyvät huonommin elossa silloin, kun antibioottia ei ole ympäristössä.
Kaikissa näissä tapauksissa mutaatiot ”rikkovat” geenejä, jotka valmistavat pumppuja tai ohjaavat niiden tuotantoa. Tämä ei tue ajatusta mutaatioista, jotka loisivat uusia evoluution tarvitsemia geenejä, jotta bakteereista voisi kehittyä bakteriologeja.𝟑. 𝐀𝐧𝐭𝐢𝐛𝐢𝐨𝐨𝐭𝐢𝐧 𝐭𝐞𝐤𝐞𝐦𝐢𝐧𝐞𝐧 𝐭𝐞𝐡𝐨𝐭𝐭𝐨𝐦𝐚𝐤𝐬𝐢 (𝐢𝐧𝐚𝐤𝐭𝐢𝐯𝐨𝐢𝐧𝐭𝐢)
Bakteerin valmistamat entsyymit voivat hajottaa antibiootin siinä aineenvaihduntatapahtumassa, jota ne suorittavat. Esimerkiksi beeta-laktamaaseiksi kutsutut entsyymit voivat hajottaa penisilliinit. Voisi näyttää siltä, että bakteeri, joka on kohdannut antibiootin ja sen jälkeen hankkii tällaisen kyvyn, olisi merkittävä esimerkki evoluutiosta – uusi entsyymi ja uusi geeni. Antibiootteja hajottavan entsyymin valmistuskoneiston ei kuitenkaan ole koskaan havaittu syntyvän mutaation avulla. Miten se sitten tapahtui?
Geeninsiirto
Nykyään tiedetään, että bakteerisolu voi saada antibiootin hajottamiskyvyn toiselta bakteerilta, joka on jo vastustuskykyinen.
Tällaisen vastustuskyvyn geenit voivat sijaita pienissä plasmideiksi kutsutuissa DNA-silmukoissa, jotka ovat bakteerin varsinaisen rengasmaisen kromosomin ulkopuolella. Nämä plasmidit voivat siirtyä bakteerista toiseen ja jopa lajista toiseen. Bakteeri, jolla on vastustuskyvyn antava plasmidi, siirtää plasmidin herkkään bakteeriin eräänlaisen siirtoputken (pilus) välityksellä. Vastustuskykyinen bakteeri kopioi plasmidin ja ”lahjoittaa” kopion antibiootille herkälle yksilölle (katso kaaviota yllä).
Monet plasmidit sisältävät useita vastustuskyvyn antavia geenejä monille eri tyyppisille antibiooteille.
Tämän tyyppiseen vastustuskykyyn ei tässäkään tapauksessa sisälly minkäänlaista uusien geenien syntymistä, vaan olemassa olevat geenit siirtyvät vastustuskykyiseltä bakteerilta herkälle bakteerille.
Valvontajärjestelmien rikkoutuminen
Vastustuskyky penisilliinille tarjoaa perinteisen esimerkin. Eräät bakteerit tuottavat pieniä määriä penisillinaasia hajottaakseen niiden elinympäristössä luonnollisesti esiintyvät pienet penisilliinimäärät, mutta eivät tuota sitä riittävästi selviytyäkseen potilaille annetusta määrästä. Penisillinaasin valmistusta rajoittavassa järjestelmässä tapahtuva mutaatio voi johtaa siihen, että bakteeri tuottaa penisillinaasia paljon enemmän, ja bakteerista tulee vastustuskykyinen. Mutta samalla tavoin kuin joissakin aikaisemmin mainituissa tapauksissa nämä vastustuskykyiset bakteerit, jotka eivät enää pysty hallitsemaan penisillinaasin tuotantoaan, jäävät luonnossa alakynteen verrattuna bakteereihin, jotka eivät tuhlaa niukkoja voimavarojaan penisillinaasin liikatuottoon.
Luonnonvalinta?
Kaikissa niissä tapauksissa, joissa antibiootteja on runsaasti ympäristössä, luonnonvalinta suosii vastustuskykyisiä kantoja. Vaikka luonnonvalinta selittää vastustuskyvyn säilymisen tällaisessa tilanteessa, se ei kuitenkaan selitä sen syntymistä. Vastustuskyky johtuu olemassa olevan järjestelmän muokkaamisesta (yleensä sen rikkomisesta) tai vastustuskyvyn antavien geenien siirtämisestä bakteerilta toiselle. Silloin, kun mutaatio on rikkonut jotakin, luonnonvalinta pyrkii luonnon olosuhteissa poistamaan samat vastustuskykyiset kannat, joita se suosii antibioottien kyllästämässä ympäristössä.
Johtopäätös
Vastustuskyvystä tehdyt tutkimukset ovat paljastaneet mutaatioista ja luonnonvalinnasta joitakin hyviä esimerkkejä, joissa bakteeria on autettu sopeutumaan antibioottien läsnäoloon. Yksikään havainto ei kuitenkaan tue väitettä, jonka mukaan satunnaiset muutokset (mutaatiot) olemassa olevien geenien DNA:ssa voisivat tuottaa monia tuhansia uusia geenejä ja geeniverkostoja, joita tarvitaan muuntamaan mikrobit mikrobiologeiksi, mangoiksi ja mursuiksi. Tutkimushavainnot alleviivaavat sen sijaan mutaatioiden rajallista kykyä tuottaa ”ylöspäin suuntautuvaa” evoluutiota.
Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.
Luetuimmat keskustelut
Ensitreffit Jenni laukoo viinilasin ääressä suorat sanat Jyrkin aikeista: "Mä sanoin, että älä"
Voi ei… Mitä luulet: kestääkö Jennin ja Jyrkin avioliitto vai päättyykö eroon? Lue lisää: https://www.suomi24.fi/viihde262778Ymmärrän paremmin kuin koskaan
Roikut kädessäni ja vedät puoleesi. Näen kuitenkin tämän kaiken lävitse ja kaikkien takia minun on tehtävä tämä. Päästän292312- 1482264
Hullu liikenteessä?
Mikä hullu pyörii kylillä jos jahti päällä? Näitä tosin kyllä riittää tällä kylällä.532190Niina Lahtinen uudessa elämäntilanteessa - Kotiolot ovat muuttuneet merkittävästi: "Nyt on...!"
Niina, tanssejasi on riemukasta seurata, iso kiitos! Lue Niinan haastattelu: https://www.suomi24.fi/viihde/niina-lahti211802Kun Venäjä on tasannut tilit Ukrainan kanssa, onko Suomi seuraava?
Mitä mieltä olette, onko Suomi seuraava, jonka kanssa Venäjä tasaa tilit? Ja voisiko sitä mitenkään estää? Esimerkiks3891662Ano Turtiainen saa syytteet kansankiihoituksesta
Syytteitä on kolme ja niissä on kyse kirjoituksista, jotka hän on kansanedustaja-aikanaan julkaissut Twitter-tilillään981597- 2981485
Varokaa! Lunta voi sataa kohta!
Vakava säävaroitus Lumisadevaroitus Satakunta, Uusimaa, Etelä-Karjala, Keski-Suomi, Etelä-Savo, Etelä-Pohjanmaa, Pohjanm131419- 1331418