Före tillkomsten av penicillin var det ingen behandling för infektioner som gonoré, lunginflammation och reumatisk feber. Läkarna kunde inte göra mycket för patienter med dessa infektioner men vänta och hoppas och be att deras patienter överlevde. Men sedan, som ödet skulle ha det, tog en forskare med namnet Alexander Fleming en upptäckt som skulle förändra läkemedelsutövningen för alltid.

1928 sorterade Fleming genom Petriskålar som innehöll kolonier av Staphylococcus när han märkte något märkligt. I en av Petriskålarna såg han en möglig tillväxt. Det som var intressant med denna tillväxt var att området runt det var fritt från bakteriekolonier. Det var som om mögeln hade utsöndrat ett ämne som hämmade bakteriens tillväxt. Fleming skulle senare upptäcka att ämnet kunde döda ett brett spektrum av skadliga bakterier, såsom streptococcus, meningococcus och difteri bacillus. Han försökte omedelbart att isolera detta mysteriumämne med sina assistenter, Stuart Craddock och Frederick Ridley, men deras försök till isolering lyckades inte.

Det var först när Howard Florey och hans kollega Ernst Chain började experimentera med mögelkulturer 1939 som penicillin isolerades framgångsrikt och 1941 behandlade de sin första patient med penicillin. Ironiskt nog, när Alexander Fleming fick sitt Nobelpris för sitt arbete med penicillin, använde han sitt acceptanstal för att varna för farorna med att bakterier blir resistenta mot ”mirakelläkemedlet.” Nästan ett sekel senare verkar hans varning förvandlas till verklighet eftersom penicillin och många andra läkemedel som det riskerar att bli föråldrade med ökningen av antibiotikaresistens.

Vad är antibiotika?

Antibiotika är naturligt förekommande eller konstgjorda syntetiserade läkemedel som dödar bakterier eller hämmar deras tillväxt. De gör detta genom att specifikt rikta in sig på strukturer eller processer som skiljer sig från bakterier eller är frånvarande hos människor. Till exempel förhindrar vissa antibiotika utvecklingen av cellväggarna hos bakterier (mänskliga celler saknar cellväggar), andra attackerar deras cellmembran som skiljer sig från struktur från mänskliga celler, och ett fåtal attackerar deras DNA-kopiering och proteinbyggande maskiner.

Betalaktamer

Cellväggarna hos bakterier lägger till styvhet och förhindrar att cellerna spricker under sitt eget tryck. Dessa cellväggar syntetiseras genom verkan av penicillinbindande protein. En grupp antibiotika som kallas Beta-laktamer fungerar genom att hämma penicillinbindande protein. Genom att hämma penicillinbindande protein Beta-laktamer förhindrar syntesen av bakteriecellväggar. Utan stöd från deras cellväggar, får trycket i bakterieceller att deras cellmembran brister, vilket slänger deras cellinnehåll i deras omgivningar och dödar bakteriecellerna i processen.

Makrolider

Ribosomer hjälper till att tillverka proteiner genom att läsa mRNA och koppla aminosyra till en peptidkedja. Ribosomer finns i både bakterier och mänskliga celler, men deras struktur skiljer sig åt. Makrolider fungerar genom att binda till ribosomen hos bakterier och inducera disassociation av tRNA, vilket förhindrar syntes av proteiner. Proteiner utför en mängd funktioner inklusive bibehållande av cellform, rengöring av avfall och cellsignalering. Eftersom proteiner gör allt cellens arbete orsakar hämning av proteinsyntes celldöd.

kinoloner

Kinoloner fungerar genom att störa DNA-replikeringsprocessen. När bakterier börjar kopiera sitt DNA orsakar kinoloner strängen att gå sönder och sedan förhindra deras reparation. Utan intakt DNA kan bakterier inte syntetisera många av de molekyler de behöver för att överleva, och så genom att störa DNA-replikering lyckas kinoloner döda bakterier.

Hur får bakterier antibiotikaresistens?

Bakterier får antibiotikaresistens på ett av två sätt: genom mutationer eller överföring av DNA.

1. Genmutationer

Genmutationer förekommer slumpmässigt. Vissa mutationer är skadliga, och andra mutationer ändrar inte strukturen och funktionen för proteinet de kodar för, men andra kan ge en fördel för organismen som besitter det. Om en mutation förändrar strukturen för ett protein på platsen för antibiotikabindning kan antibiotikumet inte längre binda till det proteinet. En sådan förändring hindrar antibiotikumet från att utföra sin funktion och därför dödas inte bakterien eller hindras dess tillväxt.

2. Horisontella genöverföringar

Horisontell genöverföring mellan bakterie sker via tre mekanismer: transformation, konjugering och transduktion.

Omvandling

När en bakterie dör kan den lysa och spilla dess innehåll, inklusive DNA-fragment, i deras omgivningar. Därifrån kan andra bakterier ta in detta främmande DNA och införliva det i sitt eget DNA. I processen förvärvar den de egenskaper som kodas av det DNA-fragmentet. Om DNA-fragmentet av en slump koder för resistens mot ett antibiotikum och tas upp av en mottaglig bakterie "förvandlas" bakterien och blir resistent också.

Konjugation

Vissa bakterier har små bitar av cirkulärt DNA (plasmider), separerade från deras primära kromosom, som sitter fritt i sin cytoplasma. Dessa plasmider kan bära gener som kodar för antibiotikaresistens. Bakterier med plasmider kan utföra en parningsprocess som kallas konjugering, i vilken replikerad plasmid-DNA överförs från givarbakterie till mottagarbakterie. Om plasmiden råkar innehålla en gen som kodar för resistens mot ett antibiotikum, blir den mottagande bakterien resistent mot det antibiotikumet.

transduktion

Bakteriofager är små virus som infekterar bakterier och kapar deras DNA-replikation, DNA-transkription och DNA-översättningsmaskiner för att producera nya bakteriofagpartiklar. Under denna process kan bakteriofager ta upp värd-DNA och införliva det i deras genom. Senare, när dessa bakteriofager infekterar en ny värd, kan de överföra DNA från deras tidigare värd till det nya värdgenomet. Om detta DNA råkar koda för antibiotikaresistens, blir värdbakterien också resistent.

Hur sprider antibiotikaresistens?

När antibiotika används har resistenta bakteriestammar högre överlevnad än mottagliga bakterier. Frekvent användning av antibiotika under en lång tidsperiod sätter selektivt tryck på befolkningen för att överleva resistenta bakteriestammar. Med färre bakterier i närheten för att tävla om rymd och mat börjar resistenta bakterier att multiplicera och överföra sin resistenta egenskap till deras avkommor. Så småningom, med tiden, består beståndet av bakterier av mestadels resistenta stammar.

I naturen kan vissa bakterier producera antibiotika för användning mot andra bakterier. Så även i naturen, i frånvaro av antibiotisk användning av människor, finns det selektivt tryck för att vidarebefordra resistens. Så varför är den här processen viktig?

Tja, eftersom jordbrukare rutinmässigt ger sina djur antibiotika för att få dem att växa snabbare eller hjälpa dem att överleva trånga, stressiga och ohälsosamma förhållanden. Att använda antibiotika på ett felaktigt sätt på detta sätt för att öka produktiviteten, inte för att bekämpa infektioner dödar mottagliga bakterier utan tillåter resistenta bakterier att överleva och föröka sig.

Stammar av bakterier som är resistenta mot antibiotika hamnar i tarms hos djur. Därifrån kan de utsöndras i avföring eller överföras till människor när förorenade djur slaktas och säljs som köttprodukter. Om förorenat kött inte hanteras eller bereds ordentligt kan resistenta bakteriestammar smitta människor. Å andra sidan kan förorenade djuravföring användas för att producera gödselmedel, eller de kan förorena vatten. Gödselmedel och vatten kan sedan användas på grödor som förorenar dem i processen. När dessa grödor skördas och skickas till marknader för att säljas, tas antibiotikaresistenta bakterier med för åkturen. Människor som äter grödor förorenade med resistenta bakteriestammar smittas av den bakterien och kan i sin tur infektera andra människor.

I den andra änden av detta spektrum kan användningen av antibiotika av människor, liksom med djur, leda till utveckling av antibiotikaresistenta bakteriestammar i tarmen. Infekterade människor kan då stanna i sina samhällen och smitta andra människor, eller kan söka läkare på ett sjukhus. Där kan värdgivaren omedvetet sprida antibiotikaresistenta bakterier till andra patienter och sjukvårdspersonal. Patienter kan sedan åka hem och infektera andra individer med resistenta bakteriestammar.

En annan oro är att människor kan få vissa antibiotika utan recept som de rutinmässigt kommer att använda för att behandla virusinfektioner som förkylningar och ont i halsen, även om antibiotika inte har någon effekt på virus. Missbruk av antibiotika på detta sätt påskyndar också spridningen av antibiotikaresistens.

På senare tid har det blivit allt svårare att behandla patienter nu när det finns mer resistenta bakteriestammar. Penicillin, som brukade vara det läkemedel som används för att behandla infektioner, blir nu ineffektivt. Om denna trend fortsätter kan alla aktuella antibiotika läkemedel bli ineffektiva under de närmaste åren.

Ett diagram som illustrerar spridningen av antibiotikaresistens |

Vart går vi härifrån?

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) uppskattar att cirka över 2 miljoner rapporterade fall av sjukdomar och 23 000 dödsfall orsakas av antibiotikaresistens bara i USA. Globalt dödar antibiotikaresistens 700 000 personer per år, med denna siffra som förväntas nå miljoner under de kommande decennierna. I ljuset av detta växande hot har CDC skisserat fyra grundläggande åtgärder för att bekämpa antibiotikaresistens: förebygga infektioner, spåra, förbättra antibiotikaskrivning och förvaltarskap och utveckla nya läkemedel och diagnostiska tester.

Att förebygga infektioner kommer att minska användningen av antibiotika för behandling, och detta minskar risken för antibiotikaresistens. Korrekt mathantering, korrekt sanitärpraxis, immunisering och att strikt följa riktlinjerna för ett antibiotikaresept är alla sätt att hjälpa till att förebygga antibiotikaresistenta infektioner. CDC spårar antalet och orsakerna till läkemedelsresistent infektion så att de kan utveckla strategier för att förhindra dessa infektioner och förhindra antibiotikaresistens från att spridas. Förbättrad förskrivning av antibiotika och förvaltning kan minska bakteriens exponering för antibiotika avsevärt och kan minska det selektiva trycket för antibiotikaresistens.

I synnerhet skapar den onödiga och olämpliga användningen av antibiotika av människor och vid uppfödning av djur scenarier där antibiotikaresistens kan uppstå. Utfasning av dessa två hjälper till att bromsa spridningen av antibiotikaresistenta bakteriestammar.

Antibiotikaresistens, även om det är en anledning till oro, kan bara bromsas, inte stoppas, eftersom det är en del av bakteriens naturliga utvecklingsprocess. Det som är nödvändigt är därför skapandet av nya läkemedel för att bekämpa bakterier som har vuxit resistenta mot äldre droger.

National Resources Defense Council (NRDC), medveten om den pågående krisen, har drivit för att livsmedelsföretag ska minska användningen av antibiotika i deras leveranskedjor. Nyligen har snabbmatgiganten McDonald s meddelat sitt mål att avveckla användningen av kyckling som har odlats med antibiotika inom två år. Andra företag som Chick-Fil-A, Tyson, Taco Bell, Costco och Pizza Hut har lovat att göra detsamma under de kommande åren.

Trots att McDonalds tillkännagivande kommer som goda nyheter, är företaget bara engagerat i att avveckla antibiotiskt odlad kyckling, inte nötkött eller fläsk. Eftersom McDonald s är en av de största konkurrenterna inom snabbmatbranschen, kommer dess tillkännagivande att fasa ut kyckling som odlats med antibiotika utan tvekan att påverka besluten från andra restauranger och produktionen av annat kött.