Bakterier finns överallt runt om i världen, från torra öknar till fuktiga grottor och mörka skogar. De kan anpassas till många miljöer och finns i särskilt höga antal i och runt många djur, inklusive människor. De flesta av dessa bakterier är ofarliga, men det finns många olika slag och stort antal av varje slag.
Många bakterie finns på platser som på människans hud och i människans matsmältningssystem. Dessa bakterier hjälper till att hålla huden smidig och smidig och tarmbakterierna hjälper människor att smälta maten. Dessa är de nyttiga bakterier som utvecklades med människor och uppfyller olika funktioner för människokroppen.
Vad orsakar skadliga bakterier?
Medan de flesta bakterier inte orsakar några problem, är några skadliga och kan orsaka en mängd smittsamma sjukdomar. Bakteriella sjukdomar som lunginflammation brukade vara ett allvarligt hot och orsakade ofta döden. Förutom sjukdomar kan bakterier också orsaka infektioner i skärsår, sår och i andra situationer där bakterier kan tränga in i kroppen genom ett brott i huden.
Infektioner var vid ett tillfälle ett allvarligt problem, och människor kunde förlora lemmar eller dö. Bakteriesjukdomar och infektioner blev mycket mindre dödliga med upptäckten av det första antibiotikumet, penicillin, 1928.
Hur används antibiotika?
Antibiotika togs vanligt i bruk på 1940-talet. Dessutom penicillinmånga andra antibiotika har upptäckts. De har samma bakteriebekämpningseffekt som penicillin men fungerar på olika sätt.
Idag används antibiotika i stor utsträckning för att bota bakteriesjukdomar och infektioner men också för att förhindra sjukdom hos husdjur. Deras användning inom människors hälsovård och jordbruk har lett till att bakterier utvecklar resistenta bakteriestammar som orsakar antibiotikaresistenta infektioner.
Antibiotika är inte effektiva mot sådana bakterier, och när människor och djur blir sjuka av resistenta bakteriestammar blir deras botemedel allt svårare. Just nu har vissa bakterier blivit resistenta mot vissa antibiotika, men det finns några stammar av antibiotikaresistenta bakterier som inte svarar på behandling med något antimikrobiellt läkemedel.
Behandling av infektionssjukdomar och sjukdomsbekämpning i allmänhet blir ett allvarligt problem om sådana läkemedelsresistenta bakterier blir vanliga.
Vad är exakt antibiotika?
Antibiotika är läkemedel som botar bakterieinfektioner. De arbetar genom att hindra bakterier från att föröka sig eller döda dem. Vissa antibiotika fungerar bara mot vissa typer av bakterier, men bredspektrumantibiotika förhindra tillväxt av många typer av bakterier.
För utveckling av nya antibiotika testar forskare många olika ämnen för förmågan att kontrollera bakterietillväxt och för biverkningar hos människor. Vissa ämnen dödar bakterier men är inte säkra att använda. Test- och godkännandeprocessen är så lång att endast ett fåtal antibiotika går igenom i vanlig användning.
Hur fungerar antibiotika?
Antibiotika stör någon del av bakteriers livscykel så att bakterierna dör av och infektionen försvinner. Penicillin och andra tidiga antibiotika attackerade en bakteriers förmåga att bygga och reparera dess cellvägg. Till skillnad från mänskliga celler som finns i kroppen måste bakterier kunna existera i den öppna miljön och behöver en cellvägg för att skydda dem och hålla cellen intakt.
Penicillintypen av antibiotikum blockerar bakteriecellen från att koppla samman molekyler för att bilda dess vägg. När cellvägg försämras, bakterien spricker och dör.
Andra antibiotika som dödar bakterier angriper bakteriens förmåga att producera proteiner i deras ribosomer. Eftersom celler behöver proteiner för att fungera kan de bakterier som hindras från att producera proteiner inte överleva.
•••Dana Chen | Sciencing
•••Dana Chen | Sciencing
•••Dana Chen | Sciencing
En annan typ av antibiotika förhindrar bakterier från reproduktion. Bakterier multipliceras genom att göra en kopia av DNA i cellen och sedan dela. Antibiotika stör DNA kopieringsprocess genom att bryta DNA-strängarna i bitar och förhindra att cellen reparerar.
Utan en DNA-kopia kan bakterierna inte splittras, eller om den splittras kan dottercellerna inte överleva. Med hjälp av dessa typer av antibiotika har vårdpersonal kunnat bota bakterieinfektioner och sjukdomar snabbt och enkelt fram till nu.
Vad är antibiotikaresistens?
Antibiotikaresistens är utvecklingen av bakteriemekanismer som besegrar de störande effekterna av antibiotika. Som ett resultat fungerar inte antibiotika som används för att bota specifika sjukdomar genom att förhindra tillväxt av tillhörande bakterier. Sådan läkemedelsresistens blir vanligt när allt fler bakterier förändras.
Även när endast ett fåtal av bakterierna är resistenta mot det antibiotikum som används, dödas de icke-resistenta bakterierna medan de återstående multiplicerar för att fortsätta orsaka sjukdomen. När detta händer flera gånger, resistenta bakterier blir vanligare och fler fall av antibiotikafel uppstår.
Detta är för närvarande situationen. Om trenden fortsätter kommer de flesta bakterier så småningom att vara resistenta och antibiotika kommer inte längre att vara effektiva för sjukdomsbekämpning och förebyggande.
Till exempel orsakar flera typer av bakterier lunginflammation och den typ av antibiotikum som går sönder bakteriella DNA-strängar för att förhindra att bakterierna splittras används ofta för att kontrollera och bota sjukdomen. För antibiotikaresistenta bakterier kan dessa antibiotika inte längre bryta upp DNA-strängarna.
Hur hindrar bakterier antibiotika från att fungera?
Bakterier har utvecklat speciella strategier för att motverka effekterna av antibiotika. Vissa bakterieceller har ändrat sin cellvägg för att förhindra att antibiotikumet tränger in. Andra pumpar ut antibiotikumet innan det kan skada det. Ytterligare andra attackerar och byter antibiotikum så att det inte längre fungerar.
I grund och botten har enskilda bakterier försökt alla typer av strategier för att överleva, och vissa har funnit att mekanismer som dessa fungerar för att göra dem resistent till specifika antibiotika. Bakterier kan innehålla flera av dessa metoder för att rikta sig mot antibiotika som fungerar på olika sätt.
Vissa bakterier har många av dessa metoder och är resistenta mot nästan alla antibiotika.
Hur sprider sig resistenta bakterier?
När en bakterie har utvecklat en resistensmekanism, det överlever antibiotikumet medan alla andra bakterier dör. Processen att bota sjukdomar med antibiotika resulterar i ett mycket starkt urvalstryck till förmån för antibiotikaresistens. Endast resistenta celler överlever. De kan sedan multiplicera snabbt och sprida motståndet.
Detta innebär att de resistenta bakterierna automatiskt väljs för att bli vanligare. Om den sjuka patienten eller djuret dör eller när deras kroppsavfall kastas släpps dessa resistenta bakterier ut i miljön där de kan sprida de resistenta generna till andra bakterier.
Hur utvecklar bakterier motstånd?
Ett sätt bakterier kan utveckla mekanismer för att besegra antibiotika är genom slumpmässiga mutationer. Även om en sådan mutation kan äga rum i endast en bakteriecell tillåter det starka selektionstrycket att den resistenta mutationen sprids snabbt. De resistenta bakterierna är de som överlever och förökar sig och som sedan delar de nya resistenta generna.
När ett antibiotikum används vid låga nivåer under en längre period har bakterier mycket tid att mutera och att en mutation sprids. Ju längre ett antibiotikum används i en viss situation, desto större risk är det för mutationer och för bakterieresistens att utvecklas.
Vad bidrar till antibiotikaresistens
Medan slumpmässiga genetiska mutationer är den ursprungliga källan till antibiotikaresistens måste andra faktorer vara närvarande och bidra till att göra bakterieresistensen till ett allvarligt problem.
Ofullständiga antibiotikabehandlingskurser och långvarig användning av antibiotika kan bidra till utvecklingen av resistenta celler. När en bakteriecell har den resistenta mutationen, snabbt asexuell fortplantning genom bakterieceller kan delning och multiplicering öka antalet bakterier som är resistenta mycket snabbt.
Förutom att multiplicera genom celldelning har bakterier en annan mekanism för att sprida de mutanta och resistenta generna. Horisontell genöverföring placerar kopior av DNA-fragment, eventuellt inklusive resistenta gener, i nya celler.
DNA-fragment i form av plasmider kan existera utanför celler och kan komma in i nya celler, överföra DNA-segment och gener utan reproduktion. Detta innebär att resistenta gener kan hoppa mellan arter eller bakterietyper så länge de kommer i närheten.
Eftersom en behandling med antibiotika i princip måste döda alla sjukdomsframkallande bakterieceller för att vara säker att ingen resistent cell överlever, blir det viktigt att antibiotikabehandling hos människor alltid utförs till komplettering.
I praktiken kan vissa bakterier som inte dödas av antibiotikan dödas av det naturliga immunförsvaret, men när det går antibiotikabehandling är inte avslutad, och inte alla doser tas, risken för överlevnad av en resistent bakteriecell ökar.
Hur långvarig antibiotikaanvändning är ett problem
Långvarig användning av antibiotika, till exempel på sjukhus, kan öka spridningen av resistenta bakterier. Långvarig användning skapar ett permanent stadium för starka urvalstryck. Om en normal behandling kan ta två veckor under vilka selektionstrycket appliceras och bakterier kan muteras, är långvarig användning en kontinuerlig möjlighet för slumpmässiga mutationer.
När en bakterie har utvecklat antibiotikaresistens tillåter den pågående användningen av antibiotika bakterien att multiplicera och utveckla ytterligare resistenta mekanismer. Överanvändning av antibiotika har samma effekt.
När antibiotikaanvändning är frekvent eller sprids över en längre period ökar risken för att sprida antibiotikaresistens. Detta gäller särskilt nu när resistenta gener blir vanligare.
Effekten av långvarig användning av antibiotika i jordbruket
En viktig faktor i utvecklingen och spridningen av antibiotikaresistens är användningen av antibiotika inom jordbruket.
Flockdjur är mycket mottagliga för infektionssjukdomar, och jordbrukare motverkar risken genom att mata djur med låga nivåer av antibiotika för att skydda dem. Denna ständiga användning av antibiotika resulterar i idealiska förhållanden för utveckling och spridning av resistenta mutanta gener.
Även om vissa av de antibiotika som används inom jordbruket inte används hos människor, har horisontell genöverföring gjort det möjligt för resistenta jordbruksgener att visas i antibiotika som används vid humana behandlingar. Om inte användningen av antibiotika begränsas drastiskt överallt, även inom jordbruket, kommer fler och fler typer av antibiotika att förlora det mesta av sin effektivitet.
Varför är antibiotikaresistens ett problem?
När antibiotikaresistensen sprids blir de antibiotika som för närvarande används mindre effektiva. Bakteriestammar som orsakar sjukdom hos specifika patienter kan ha varierande grad av resistens mot olika antibiotika, och behandlingen kan försenas tills ett antibiotikum som fungerar identifieras.
I värsta fall fungerar ingen av de tillgängliga antibiotika och patientens egna immunförsvar kanske inte kan bekämpa bakterierna. Patienten blir en källa till antibiotikaresistenta bakterier som kan spridas över hela sjukhuset.
Eftersom antibiotika fungerar med flera olika sätt att störa bakteriefunktioner, utvecklas de flesta bakterier motstånd mot en av dessa mekanismer men kan fortfarande avlivas med andra antibiotika som fungerar annorlunda.
Framväxten av så kallade "super buggar"är ett allvarligt problem eftersom de har utvecklat resistens mot alla kända antibiotika. I dessa fall fungerar bara helt nya antibiotika som använder nya strategier, men sådana nya läkemedel kan inte utvecklas snabbt.
För närvarande vinner bakterier loppet genom att utveckla resistens mot befintliga antibiotika snabbare än nya upptäcks. Om nuvarande trender fortsätter, är tiden då inget antibiotikum motverkar vissa vanliga sjukdomar inte långt borta. Sjukdomar som lätt kan botas idag kan bli dödliga.
Varför nya antibiotika inte kan lösa problemet
Antibiotika angriper hur bakterier fungerar, som att störa cellväggens konstruktion eller med DNA. Det finns ett begränsat antal sätt bakterier kan attackeras på, och när de befintliga attackerna inte längre fungerar krävs en helt ny typ av antibiotika som använder en helt ny strategi.
Det finns inget sådant antibiotikum just nu och de som är under utveckling har inte godkänts som säkra eller lika effektiva. Hälso- och sjukvårdspersonal står inför en framtid där antibiotika bara fungerar i en begränsat antal ärenden.
Varför vi behöver minska användningen av antibiotika
Förutom att utveckla nya läkemedel, en strategi för begränsa användningen av antibiotika till fall där de verkligen behövs kan hjälpa till att fördröja den fortsatta utvecklingen av bakterieresistens. Ofta, när vanliga infektioner inte är allvarliga och patienten är frisk, kan immunsystemet ta hand om och neutralisera bakterierna.
I jordbruket kan det vara möjligt att uppfostra friska djur i en ren miljö med hjälp av sjukdomsreducerande metoder minimera användningen av antibiotika och minska möjligheterna för urval och spridning av resistenta bakterie. Hälso- och sjukvårdspersonal och forskare använder en tvåkantig strategi. Att begränsa användningen av antibiotika i allmänhet och snabbt leta efter nya typer av antibiotika är det bästa sättet att hålla alla friska i framtiden.