الحياة في الفيلم: هكذا تطور مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية

الإنسانية في أزمة طبية. وفي الحرب بيننا وبين البكتيريا المسببة للأمراض، فإن لهم اليد العليا. إن البكتيريا التي تتعرض للمضادات الحيوية تتطور إلى مقاومة ضدها - كما تنبأت نظرية التطور - ويتركنا دون وسائل حماية. في دراسة نشرت في مجلة العلوم يقدم باحثون من كلية الطب بجامعة هارفارد والتخنيون طريقة لمراقبة البكتيريا أثناء قيامهم بذلك: فهي تهاجر وتواجه تركيزات مختلفة من المضادات الحيوية وتطور مقاومة ضدها.

لقد بدأ عصر المضادات الحيوية منذ ما يقرب من 90 عاما الطب الثوري. وفجأة، أصبح لدى الأطباء أداة قوية وآمنة وسهلة الاستخدام للقضاء على الأمراض البكتيرية وإنقاذ عدد لا يحصى من الأرواح. لكن فعالية هذه الأداة لم تدم طويلاً، حيث طورت العديد من أنواع البكتيريا مقاومة للعلاج ويبدو أننا الآن نواجه نهاية هذا العصر.

وفي إسرائيل يموت ما لا يقل عن 5,000 شخص كل عام بسبب البكتيريا المقاومة التي تنتقل إلى المستشفيات. فقط في الأشهر القليلة الماضية تم إبلاغنا لأنه تم اكتشاف بكتيريا E coli في الولايات المتحدة (كولاي) مقاومة للكوليستين، وهو مضاد حيوي "الملاذ الأخير". المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منهاحذر لأننا قريباً لن نتمكن من معالجة البكتيريا النيسرية البنية، سبب مرض السيلان، وحتى منظمة الصحة العالمية عالج من أجل هذا.

إن الظهور السريع لمقاومة المضادات الحيوية هو مثال جميل للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي. مثل أي مخلوق آخر، عندما تتكاثر البكتيريا، يمكن أن يحدث تغيرات في الحمض النووي، ويمكن أن تحدث طفرات. في بعض الأحيان، إذا كانت البكتيريا محظوظة بشكل خاص، فإن مثل هذه الطفرة ستمنحها بعض المقاومة للمضادات الحيوية.

عندما نستخدم المضادات الحيوية، فإنها تدمر البكتيريا الحساسة لها، لكن الطفرات المقاومة تبقى على قيد الحياة. نظرًا لأنهم يستطيعون الهجرة واستخدام الموارد في المناطق المحظورة على إخوانهم الحساسين، فإنهم يزدهرون أيضًا. ومع كل استخدام غير ضروري للمضادات الحيوية (في الزراعة والطب) وفي كل مرة نتوقف فيها عن العلاج قبل الأوان، فإننا نساعد البكتيريا المقاومة على النمو والانتشار ونضمن أن المضادات الحيوية ستكون أقل فعالية في المستقبل، هذا إن كانت فعالة على الإطلاق.

المتانة السينمائية

من أجل مراقبة تطور مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية أثناء تحركها في بيئات مختلفة، قام مايكل بيم وروي كيشوني وزملاؤهما بإنشاء ساحة كبيرة للغاية (ساحة التطور والنمو الميكروبي، أو MEGA للاختصار) مستوحاة من الحملة الإعلانية لفيلم "ديسكفري". ساحة الاختبار من نوع ما طبق بيتري ضخمة، 120 × 60 سم، تركيز المضادات الحيوية في وسط نموها منخفض عند الحواف ويزداد كلما اقتربت من المركز، حتى ألف مرة التركيز عند الحواف.

تتغذى البكتيريا التي تم زرعها في الساحة على العناصر الغذائية الموجودة في بيئتها وبعد استهلاكها هاجرت إلى أجزاء أخرى من الأجار - حتى واجهوا منطقة بها تركيز عالٍ جدًا من المضادات الحيوية، ولم يتمكنوا من دخولها. وفي وقت قصير، تمكنت بعض البكتيريا التي لديها طفرات تمنح مقاومة للمضادات الحيوية من اختراق المنطقة الأولى والانتشار فيها أثناء تناول الطعام الموجود فيها، حتى واجهت مرة أخرى منطقة كان فيها تركيز المضادات الحيوية مرتفعًا جدًا. تكررت العملية في كل منطقة، وأخيراً تم الحصول على طفرات مقاومة تمكنت من العيش والازدهار في المنطقة التي تحتوي على أعلى تركيز للمضادات الحيوية.

تمت العملية برمتها بسرعة مذهلة - في أقل من 12 يومًا، ويمكنك رؤيتها في الفيديو سريع الحركة الذي أنشأه الباحثون:

دائم بما فيه الكفاية

زادت المقاومة التي طورتها البكتيريا تدريجياً. وعندما كرر الباحثون التجربة على منطقتين فقط - واحدة لا تحتوي على مضادات حيوية والأخرى ذات تركيز أعلى - لم تظهر أي بكتيريا مقاومة.

وقام الباحثون برسم خريطة وراثية للبكتيريا من مناطق مقاومة مختلفة، وبالتالي تمكنوا من متابعة ظهور الطفرات وتطور المقاومة. لقد وجدوا تغيرات في العديد من الجينات المعروفة بتورطها في مقاومة المضادات الحيوية، واكتشفوا أيضًا ثلاثة جينات لم يكن معروفًا حتى الآن أنها تمنح المقاومة. ولتأكيد ذلك، قاموا بزرع هذه الجينات في البكتيريا الحساسة للمضادات الحيوية، وأظهروا أن هذا يجعلها مقاومة.

وأظهر رصد الفيديو والخريطة الجينية أن ظهور المقاومة في المرحلة الأولى غالباً ما يأتي على حساب معدل نموها، وبالتالي أيضاً على حساب قدرتها على الانتشار إلى مناطق جديدة. وبعد تطور المقاومة، ظهرت طفرات في البكتيريا سمحت لها بالعودة إلى معدل نموها الطبيعي. وفي بعض الأحيان، تؤدي الطفرات الجديدة أيضًا إلى تعزيز مقاومة المضادات الحيوية، وبالتالي خلق بكتيريا ذات مستويات مختلفة من المقاومة. لقد فوجئوا عندما اكتشفوا أنه في بعض الحالات، لم تكن البكتيريا التي فازت في المنافسة على مصادر الغذاء المجانية والجديدة هي البكتيريا الأكثر مقاومة، بل كانت بكتيريا مقاومة بدرجة كافية وأسرع هي التي انتصرت عليها أولاً.

عندما اختبر الباحثون مقاومة البكتيريا، رأوا أن كلا من البكتيريا الأكثر مقاومة والمقاومة المعتدلة كان أداؤهما جيدًا في التركيزات العالية من المضادات الحيوية، مما يعزز الفرضية القائلة بأن معدل الانتشار قد يكون العامل الحاسم في الحصول على الموارد في هذه المناطق.

لا تحاكي الساحة العملاقة التي أنشأها الباحثون البيئة الحقيقية تمامًا، ولكنها توضح كيفية تطوير مقاومة المضادات الحيوية في بيئة معقدة. ويظهر الفيديو أيضًا كيف تتطور البكتيريا وتتطور مقاومتها بسرعة مذهلة في ظل الظروف المناسبة. وإذا واصلنا منحهم الفرص لذلك في العالم الحقيقي، خارج ساحة الباحثين، فمن المحتمل أن تقاوم البكتيريا قريبًا أي مضاد حيوي وتصبح لا تُقهر مرة أخرى.