Superbug, super-schnelle Entwicklung, verschiedene Stämme von MRSA.

Superbug, super-schnelle Entwicklung, verschiedene Stämme von MRSA.

Superbug, super-schnelle Entwicklung, verschiedene Stämme von MRSA.

Faszination mit winzigen Mikroben lange, schwer zu pronounce Namen trägt, wird oft für Biologie Klassenzimmer reserviert es sei denn natürlich droht der Fehler in Frage menschliche Gesundheit. MRSA (Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus ) Auf mehr US Todesfälle trägt jetzt als HIV tut, und als Bedrohungsstufe, hat auf sie von den Medien die Aufmerksamkeit überschüttet so gestiegen ist. An diesem Punkt bewegen fast jeder der Fehler macht, ist wahrscheinlich in Ihrer Lokalzeitung zu zeigen. Im vergangenen Monat sah für MRSA auf Studien der Krankenhaus Screening Berichterstattung (die mit widersprüchlichen Ergebnissen kamen), Geschichten auf MRSA Ausbrüche und Medien Schneegestöber über die Erkenntnis (sowohl reale als auch Fehlalarme beteiligt), die Menschen und ihre Tiere die Infektion mit einem anderen teilen können eine andere. Warum ist dieser Fehler so erschreckend? Die Antwort ist ein evolutionärer ein.

Wo ist die Evolution?
MRSA ist resistent nicht nur gegen das Antibiotikum Methicillin, sondern auch auf ganz andere Suiten unseres Drogen, ist es sehr schwierig zu behandeln und gelegentlich tödlich. Moderne MRSA-Stämme nicht zeigen jedoch, wie aus heiterem Himmel auf. In den frühen 1940er Jahren, als Penicillin wurde zuerst bakterielle Infektionen, Penicillin-resistente Stämme von behandeln zu S. aureus waren unbekannt sondern von den 1950er Jahren waren sie in Krankenhäusern üblich. Methicillin wurde 1961 eingeführt, um diese resistenten Stämme zu behandeln, und innerhalb eines Jahres hatten Ärzte begegnet Methicillin-resistente S. aureus. Heute haben wir Stämme von MRSA haben, die gleichzeitig eine kurze Liste der verschiedenen Antibiotika widerstehen, einschließlich Vancomycin oft unsere letzte Zeile antibakterieller Verteidigung betrachtet.

Wie hast S. aureus morphen von einer geringfügigen Hautinfektion zu einem Terror? Wenn die Medien berichten über MRSA und anderen arzneimittelresistenten Erregern, sagen sie oft, dass solche Erreger haben vor kurzem "entstanden" dass sie haben "entwickelt" Widerstand oder "gelernt" zu entziehen, unsere Medikamente. In der Tat ist es genauer zu sagen, dass diese Fehler haben gewachsen Widerstand. Es ist besonders ironisch, dass die Zeitungen weg bakterielle Evolution als solche von der Beschreibung scheuen könnte, weil, wenn es um die Entwicklung geht, haben Bakterien die meisten der Rest von uns schlagen.

Bakterien sind große Evolvers aus vielen Gründen. Zum Beispiel ihrer kurzen Generationszeiten und große Populationsgrößen erhöhen die Geschwindigkeit, mit der sie sich entwickeln können. Darüber hinaus ist eine Marotte von Bakteriengenetik besonders ausgeprägten zur Entwicklung von Antibiotika-Resistenz: horizontal Übertragung. Heres eine kurze Erklärung:

  • Entwicklung mit vertikalen Übertragung. In den meisten bekannte Organismen entstehen neue Genvarianten in einer Population durch zufällige Mutation das heißt, erfährt eine Person eine genetische Mutation und wenn diese Mutation ups die Fähigkeit des Individuums, um zu überleben und sich vermehren, wird es durch natürliche Selektion begünstigt. Mutant-Gen-Varianten werden von den Eltern auf die Nachkommen weitergegeben, und vorteilhafte Mutationen durch künftige Generationen auf diese Weise zu verbreiten. Im Laufe der Zeit zusätzliche vorteilhafte Mutationen, die auf dem ersten aufbauen kann in der Bevölkerung zu verbreiten, so dass komplexere Eigenschaften zu entwickeln, wie Mutationen akkumulieren auftreten und beginnen. Das Standardbild der Evolution ist in allen Organismen bei der Arbeit ob es sich um den Menschen, die schließlich die Fähigkeit entwickeln, die Milch oder ein Pflanzenarten zu verdauen, die auf die Anwesenheit von Schwermetallen in ihrer Umgebung anpasst. Derselbe Mechanismus funktioniert auch auf Bakterien. In der Tat haben Biologen die MRSA-Stamm infizieren einen einzelnen Patienten entwickelt sich durch zufällige Mutation und Selektion beobachtet. Der Patient wurde mit Vancomycin behandelt und langsam, im Laufe von wenigen Monaten und 35 getrennte Mutationen, die Bakterien in einen Vancomycin-resistenten MRSA-Stamm entwickelt.
  • Entwicklung mit horizontalen Transfer. So Bakterien genetische Variation durch zufällige Mutation erwerben, aber im Gegensatz zu den Menschen oder Eichen, auch erhalten sie regelmäßig neue Gen den Prozess der horizontalen Transfer-Varianten durch das heißt, sie können DNA hin und her direkt miteinander passieren. Zum Beispiel können bakterielle Gene in kleine selbst replizierende DNA Kreise genannt Plasmide eingebracht werden, was sein kann "injiziert" in andere Bakterien. Das Aufnahme Bakterium kann sogar einige der neuen DNA aus dem Plasmid in das eigene Genom integrieren und diese genetischen Sequenzen an ihre Nachkommen weitergeben. Wichtig ist, dass Bakterien an DNA zu teilen nicht in engem Zusammenhang. Horizontale Übertragung kann über auch nur entfernt verwandten Arten auftreten das wäre ein bisschen wie Sie die Familie Haustier aufzunehmen und mit ein paar Katze Gene in Ihrem Genom Abwicklung. In Bezug auf die Entwicklung, bedeutet dies, dass Bakterien müssen nicht auf zufällige Mutation angewiesen, um eine vorteilhafte Gen-Variante zu erzeugen. Eine Art könnte holen ein vorteilhaftes Gen aus einer anderen Spezies, und der Prozess der natürlichen Selektion konnte beginnen sofort zu handeln, die neue Variante durch künftige Generationen zu verbreiten.
  • Horizontaltransfer hat wichtige Implikationen für die Entwicklung von Antibiotika-Resistenz in Bakterien.

    • Horizontale Übertragung kann die Entwicklung von Antibiotika-Resistenzen zu beschleunigen. Bakterien müssen nicht unbedingt warten, bis die richtige zufällige Mutationen entlang zu kommen, um, sagen wir, auf Penicillin anzupassen. Wenn eine andere Spezies oder Stamm wurde bereits durch den Prozess der Akkumulation von Mutationen gegangen Penicillin, die entsprechenden Resistenzgene zu wider sind wahrscheinlich bereits im Umlauf in Bakterienpopulationen. Dies bedeutet, dass eine Population, die Penicillin zum ersten Mal trifft, kann bereits sind ein paar Individuen, die Resistenzgene hoch entwickelte tragen, schnell das Antibiotikum zu entziehen entwickeln man den Stamm.
  • Horizontale Übertragung unterstützt die Entwicklung von mehrfach-resistente Stämme. Die Plasmide können mehrere Gene tragen, und so, getrennte Gene verschiedene Antibiotika widerstehen können ihren Weg auf dem gleichen Plasmid machen. Beispielsweise entdeckte 2003 Biologen einen einzelnen MRSA-Plasmid, das Resistenz gegen das Penicillin und Streptomycin Familien von Antibiotika verliehen, sowie zwei andere Antibiotika und Desinfektionsmittel häufig in feuchten Wischtüchern gefunden! Da die Gene physisch miteinander verbunden sind Auswählen, für einen dieser Resistenzgene können hitchhike die anderen zu hoher Frequenz. So Aussetzen einer Bakterienpopulation zu sagen, Streptomycin, kann ungewollt auch die Entwicklung eines Stammes begünstigen, die auch die anderen Antibiotika widersteht.
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    Horizontale Übertragung hat eine Schlüsselrolle in der Entwicklung der MRSA-Stämme gespielt, die derzeit die in Krankenhäusern bedrohen und, gelegentlich, die größere Gemeinschaft. S. aureus war behandelbar mit Methicillin bis vor ein paar verschiedenen Individuen von entfernt verwandten Arten durch horizontale Übertragung eine frühe Version des Resistenzgens erhalten. In Umgebungen, in denen Methicillin-Resistenz ein Segen, das Gen Ausbreitung war, und regelmäßige, alte S. aureus entwickelte sich zu MRSA. Die MRSA-Stämme, die zufällig die richtigen Züge zu haben, gut gedieh in dieser Umgebung in Krankenhäusern zu tun wo sie hatte zufällig die perfekte Gelegenheit, zusätzliche Resistenz-Gene aus anderen Krankenhaus lebende Bakterienarten zu holen, die bereits in unseren High-End-Antibiotika ausgesetzt worden waren. In der Tat, Wissenschaftler sogar erfolgreich (aber unglücklicherweise) prognostiziert den Verlauf dieser Entwicklung. Im Jahr 1992 Forscher arbeiten in einem Labor festgestellt, dass Enterococcus faecalis (Die unser Darm-Trakt bewohnt) konnten Gene zu übertragen für Vancomycin Resistenz gegen S. aureus. Sie sagten voraus, dass wir schließlich die gleiche Sache, da beide in einem Krankenhaus passieren sehen E. faecalis und S. aureus sind häufig dort und selektiven Druck stehen vor einem Ansturm von Vancomycin, um zu überleben. Im Jahr 2002 ist es passiert. Biologists analysiert, um einen Vancomycin-resistenten S. aureus Stamm infizieren einen Patienten Michigan Dialyse und fand, dass es das Produkt der horizontalen Transfer war: die Bakterien ihre Resistenz-Gene hatten abgeholt aus E. faecalis.

    Konfrontiert mit den Super-evolutionären Fähigkeiten von Bakterien, könnte die Situation hoffnungslos erscheinen und in der Tat ist es schrecklich. Allerdings gibt es einige einfache Vorsichtsmaßnahmen können wir jede in die Tat umzusetzen. Antibiotika nur für schwere bakterielle Infektionen nehmen und Erfüllen Ihrer vollständigen Kurs von Antibiotika, wie von Ihrem Arzt angewiesen wird, die Ausbreitung von Antibiotika-resistenten Bakterien helfen verhindern. Die Reduzierung oder Eliminierung der vorbeugende Einsatz von Antibiotika auf landwirtschaftliche Nutztiere und Kulturpflanzen können auch dazu beitragen, die weitere Entwicklung von resistenten Stämmen einzudämmen. Und natürlich, um die Entwicklung neuer Antibiotika können mehr Forschungsmittel widmen helfen zu unseren Gunsten in dieser laufenden Schlacht Zukunft Gefechte kippen. Aber was können wir heute tun, um multiresistente Bakterienstämme wie MRSA? Sollten wir uns Sorgen machen um im Freien zu Fuß oder Händeschütteln mit einem Fremden? Nein. Außerhalb eines Krankenhauses, die meisten von uns sind sehr unwahrscheinlich behandelbar MRSA-Stämme, und etwas so einfaches wie Waschen Sie Ihre Hände zu begegnen gehen, können Sie gesund einen langen Weg zu halten und aus den Antibiotika, die auf die Entwicklung der noch resistenter Bakterienstämme beitragen würde.

    Lesen Sie mehr darüber

    Primärliteratur:

    • Chambers, H. F. (2001). Die sich ändernde Epidemiologie Staphylococcus aureus. Emerging Infectious Diseases 7 (2): 178-182.
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  • Ferber, D. (2003). Dreifach-Bedrohung Mikrobe Kräfte von einem anderen Fehler gewonnen. Wissenschaft 302 (5650): 1488.
  • Herold, B. C. Immerglück, L. C. Maranan, M. C. Lauderdale, D. S. Gaskin, R. E. Boyle-Vavra, S. Leitch, C.D und Daum, R. S. (1998). Ambulant erworbene Methicillin-resistente Staphylococcus aureus bei Kindern ohne identifiziert Prädispositionsrisiko. Journal of the American Medical Association 279 (8): 593-598.
  • Hiramatsu, K. Cui, L. Kuroda, M. und Ito, T. (2001). Die Entstehung und Entwicklung von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus. Trends in der Mikrobiologie 9 (10): 486-493.
  • Mwangi, M. M. Wu, S. W. Zhou, Y. Sieradzki, K. de Lencastre, H. Richardson, P. Bruce, D. Rubin, E. Myers, E. Siggia, E. D. und Tomasz, A. (2007). Die Verfolgung des in vivo Entwicklung von multidrug resistance in Staphylococcus aureus von Whole-Genome-Sequenzierung. Proceedings of the National Academy of Sciences 104 (22): 9451-9456.
  • Weigel, L. M. Clewell, D. B. Gill, S. R. Clark, N. C. McDougal, L. K. Flannagan, S. E. Kolonay, J. F. Shetty, J. Killgore, G. E. und Tenover, F. C. (2003). Genetische Analyse eines High-Level-Vancomycin-resistenten Isolat Staphylococcus aureus. Wissenschaft 302 (5650): 1569-1571
  • Fragen Diskussion und Erweiterung

    1. Was ist der wesentliche Unterschied zwischen der vertikalen Übertragung und horizontalen Transfer?
  • Erklären Sie, wie Mutation und horizontale Übertragung der genetischen Variation in einer Bakterienpopulation beeinflussen.
  • Überprüfen Sie den Prozess der natürlichen Selektion. Erklären Sie, warum die genetische Variation in diesem Prozess so wichtig ist.
  • Beschreiben eine Situation, in der eine bakterielle Infektion mit Tetracyclin Behandlung der Entwicklung von Vancomycin-resistenten Bakterien würde begünstigen.
  • Stellen Sie sich vor, dass ein Freund sagt Ihnen, dass Penicillin nicht auf seine Lungenentzündung funktionierte, weil er Resistenz gegen das Medikament entwickelt hatte. Schreiben Sie einen kurzen Absatz zu erklären, ob diese Erklärung richtig oder falsch ist und warum.
  • Stellen Sie sich vor, dass ein Freund eine verstopfte Nase und Halsschmerzen bekommt und entscheidet, einige übrig gebliebene Penicillin in der Hausapotheke zu nehmen, die Krankheit zu behandeln. Schreiben Sie einen kurzen Absatz zu erklären, ob dies wahrscheinlich eine gute Idee oder eine schlechte Idee. Geben Sie mindestens drei Gründe, die Ihren Standpunkt unterstützen und achten Sie darauf, dass Ihre Antwort befasst sich mit bakteriellen Evolution.
  • Verwandte Lektionen und Lehrmittel

    • Sprechen Sie über die Entwicklung der Antibiotikaresistenz (wählen Sie das Marc Lipsitch Video). In diesem Video für AP Biologiestudenten, erklärt Professor Marc Lipsitch wie Bakterien entwickeln Resistenz und warum dies stellt eine solche Bedrohung.
  • Sprechen Sie über die natürliche Selektion und Antibiotika-Resistenz. In dieser Aktivität für die Klassen 9-12, lernen die Schüler, warum die Evolution im Herzen einer Bedrohung der Weltgesundheit ist durch das zunehmende Problem der Antibiotika-Resistenz in einer solchen bedrohlichen Krankheiten wie Tuberkulose zu untersuchen.
  • Sprechen Sie über Computer-Modellierung und Antibiotika-Resistenz. Dieser Artikel ist für Klassen 9-12 untersucht, wie der Wissenschaftler Carl Bergström Computer-Modellierung verwendet die Entwicklung von Antibiotika-resistenten Bakterien in Krankenhäusern, zu verstehen und zu steuern.
    • Chambers, H. F. (2001). Die sich ändernde Epidemiologie Staphylococcus aureus. Emerging Infectious Diseases 7 (2): 178-182.
  • Enright, M. C. Robinson, D. A. Randle, G. Feil, E. J. Grundmann, H. und Spratt, B. G. (2002). Die Entwicklungsgeschichte von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA). Proceedings of the National Academy of Sciences 99 (11): 7687-7692.
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  • Sack, K. (2007, 16. Oktober). Tödliche Bakterien gefunden werden häufiger. Die New York Times .
    Abgerufen 20. März 2008 aus Die New York Times
  • Weigel, L. M. Clewell, D. B. Gill, S. R. Clark, N. C. McDougal, L. K. Flannagan, S. E. Kolonay, J. F. Shetty, J. Killgore, G. E. und Tenover, F. C. (2003). Genetische Analyse eines High-Level-Vancomycin-resistenten Isolat Staphylococcus aureus. Wissenschaft 302 (5650): 1569-1571.
  • MRSA mikroskopische Aufnahme von Janice Haney Carr / CDC

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