עמידות לאנטיביוטיקה היא בעיה רפואית משמעותית והולכת בעולם. חוקרים במעבדה ביולוגית ימית (MBL) ומשתפי פעולה מצאו סידור גנטי חדש שעשוי לסייע לחיידק נפוץ במעי האנושי, Bacteroides fragilisלהגן על עצמו מפני טטרציקלין, אנטיביוטיקה בשימוש נרחב.
בעוד שממצאים אלה לא יובילו ישירות לדרכים חדשות להילחם בחיידקים עמידים לטטרציקלין, החוקרים גילו הסדרים גנטיים שלא נראו בעבר, המקנים עמידות לאנטיביוטיקה. הבנה כזו עשויה לסייע בפיתוח דרכים חדשות להגביל את התפשטות הגנים העמידות לאנטיביוטיקה, באמצעות מניפולציה גנטית או אמצעים אחרים.
הממצאים דווחו בכתב העת mBio על ידי מדעני MBL Joseph Vineis, Mitchell Sogin ובלייר פול, יחד עם עמיתים מ-MBL, Argonne National Laboratory ואוניברסיטת שיקגו.
החיידקים שהם חקרו, Bacteroides fragilis, התאושש ממטופל עם קוליטיס כיבית, שם נמצאה בשפע בתקופות של דלקת. לצוות היה סט גדול של דגימות לניתוח מחולים עם מחלת מעי דלקתית שטופלו כירורגי כדי להקל על הדלקת.
דגימות אלו נחקרו ב-MBL באמצעות מטאנומיקה של רובה ציד, המייצרת רצפים לכל החומר הגנטי בקהילה שלמה של תאים מיקרוביאליים. זה גם מקל על טיפוח זני חיידקים מהקהילה, ומספק את הנתונים הנדרשים כדי לצפות בפעילות הגנים העמידים לטטרציקלין תוך כדי גידול בנוכחות טטרציקלין. (בזמן שהם התחילו את העבודה הזו, אומר וינייס, "להצליח לשחזר גנומים מנתונים מטאנומיים רק התחילו בשטח. זו הייתה גישה חדשה, אבל עכשיו זה נפוץ").
"כאשר הסתכלנו על הנתונים", אומר וינייס, "היה אות חזק מאוד" המראה מספרים גבוהים של עותקים של אזורים מסוימים של הגנום החיידקי. אחד מהאזורים הללו, שהקיף גנים רבים, "היה בשפע" בדגימה, ומאוחר יותר הם הצליחו לקבוע "שהאזור הספציפי הזה בעל עותק גבוה מכיל עמידות לטטרציקלין… אז המשכנו לחפור."
חלקים אלה של הגנום בעותק גבוה הכילו קטעי DNA שיכולים לנוע בגנום או אפילו לקפוץ לגנום אחר. האלמנטים הגנטיים הניידים הללו, הנקראים טרנספוזונים, הם "דרכים חשובות עבור חיידקים לפתח הסתגלות לסביבה מבלי להמציא אותם מחדש לגמרי", אומר וינייס. ובמעיים האנושיים, שבהם מספר עצום של מינים של חיידקי מעיים נמצאים כל הזמן בסמיכות, "פוטנציאל ההחלפה הוא ממש גבוה", הוא אומר, והשיעור עולה כאשר יש דלקת.
החלפה כזו של חומר גנטי בין מינים שונים נקראת העברה אופקית. בלייר פול, עוזר מדען ב-MBL, אומר ש"אנחנו חושבים שהטרנספוזונים האלה הם למעשה כלי מפתח להעברת גנים אופקית".
במקרה זה, החיידקים ככל הנראה חשים כאשר יש טטרציקלין בסביבה ומתחילים "מפל שלם" של ייצור של טרנספוזון המכיל את גן העמידות, אומר וינייס.
החלק של הטרנספוזון המכיל את גן ההתנגדות, הם גילו, התרחש בשתי צורות שונות בתוך אותו גנום: לפעמים הוא בצורתו הליניארית הרגילה, ולפעמים מתגלגל למעגל. שתי הצורות מתרחשות בבת אחת ב Bacteroides fragilis הגנום, אך הצורה הליניארית מכילה הוספה גנומית ייחודית באזור ה-DNA המקודדת את המנגנון להתגייסות לתאים אחרים.
זה לא נראה בעבר, למיטב ידיעתנו, סוג מסוים זה של טרנספוזון שיש לו תת-אזור מוגבר. וזה קורה בחיידקים החופפים לדלקת".
בלייר פול, מדען MBL
הביטוי המוגבר של קבוצת גנים זו קשור פוטנציאלי להצלחה של Bacteroides fragilis במהלך דלקת, למרות שהקשר עדיין לא הוכח ודורש מחקר נוסף. אבל פול אומר שהממצאים "מעלים שאלות חדשות לגבי התפקיד של העברת גנים בבריאות האדם, אך גם במונחים של האופן שבו הטרנספוזונים הללו נשלטים וכיצד הם עשויים להשתנות מבחינה אבולוציונית לאורך זמן".
"הממצא הזה לא ישנה את ההבנה שלנו לגבי עולם העמידות לאנטיביוטיקה, אבל זה סוג חדש של מנגנון שלפחות אנחנו יכולים להתחיל לחפש", אומר Vineis. "יש הרבה התקפה והגנה בעולם המיקרוביאלי שאנחנו אפילו לא מודעים להם לגמרי".
