Bu grafik, Rice Üniversitesi’nde 24 saat boyunca artan konsantrasyonlarda tigesiklin uygulanan Enterococcus faecalis bakteri popülasyonun tigesikline karşı nasıl hızlıca direnç kazandığını gösteriyor. Ribozomal S10 proteinindeki mutasyon, popülasyonda hızlıca yüzde 100 frekansa ulaştı (A). Daha sonra, TetM’nin fazla ifade edilmesini sağlayan Tn916’da oluşan mutasyon (B), artan Tn96 yatay gen transferiyle de popülasyon boyunca yayıldı (C, D). Kesikli çizgiler, Tn916 konjugasyonun gerçekleştiği zamanları gösteren örneklerdir. © Kathryn Beabout / Rice University
Rice Üniversitesi’nin biyokimya laboratuvarından Yousif Shammoo, bakterilerin antibiyotiklere karşı nasıl bir direnç mekanizması geliştirdiğini, aynı zamanda ve hızlıca popülasyondaki diğer bireylere nasıl aktardığını saptadı. Shammoo, “ Bu gerçekten de çifte darbe. Çalışmalarımız gösteriyor ki, bu bakteriler hem antibiyotiklere karşı dirençliler, hem de bu direnç çok efektif, şaşırtıcı ve aynı zamanda endişe verici” diyor.
Araştırmacılar bu bilgilerin bakteriyel ırkların, gelecekteki antibiyotiklere karşı nasıl ve ne zaman direnç oluşturacağı hakkında tahminde bulunmaya yardım edeceğine, hatta belki de durduracağına, en azından azaltacağını işaret ediyor. Araştırma Molecular Biology and Evolution (Moleküler Biyoloji ve Evrim) adlı dergide yayımlandı.
Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezlerine göre, Amerikan hastanelerinde antibiyotik direnci yüz binlerce enfeksiyona neden oluyor. Bu enfeksiyonlar binlerce ölüme yol açabiliyor. Enfeksiyonun yayılmasını sağlayan mikropların kontrol altına alınması sürerken, bakterileri öldürmek için kullanılan ilaçların en sonunda işe yaramaz hale geleceği endişesi de devam ediyor.
Araştırmacılardan Kathryn Beabout diyor ki: “Şimdiye kadar, antibiyotiklerin potansiyellerini en iyi koruma yolu onları tutumlu kullanmaktı. Fikrimize göre, eğer direncin nasıl ortaya çıktığını tahmin edersek, antibiyotikleri daha akıllıca kullanabiliriz.”
Bakteri, daha önceden karşılaşmadığı antibiyotikle spesifik bir kombinasyon oluşturularak, labaratuvar ortamında deneysel olarak çalışıldı. İlgilenilen bakteri, bağırsak boşluğumuzda yaşayan Enterococcus faecalis’ti. Antibiyotik ise nadiren kullanılan tetrasiklinden türetilmiş olan tigesiklindi. Antibiyotik varlığında, iyi mutasyonların hangi hücrelere geçtiğini, yatay mutasyonun nasıl çalıştığını gözlemek amaçlanıyordu.
Transposon (bulunduğu pozisyonu genom boyunca değiştirebilen gen parçası) Tn916 olarak bilinen mutant DNA parçası, kendini çoğaltıp diğer hücrelere de geçebiliyor. Hücreler arasında genetik materyal değişimi olarak da bilinen bu olaya, paraseksual döngü denmektedir. Araştırmacılara göre, Tn916 birçok patojende bulunan tetrasiklin direnç genini (tetM) taşımaktadır.
Tigesiklin olmadan, Tn916 nadiren hareket ediyor; yaklaşık olarak 120.000 bakteriden yalnızca bir tanesi direnç genini başka bakteriye aktarıyor. Fakat antibiyotik varlığında, mutasyonun sebebiyet verdiği tetM’nin fazla üretilmesiyle, Tn916 hareketi, 50 bakteride 1’e yükseliyor. Direnç mekanizması 2 mutasyon varlığında çalışıyor: Tn916 ve ribozomal S10 proteinini kodlayan gen. Bu iki mutasyon çeşidi de, pre-gen ve post-gen sekanslama deneyleriyle kolayca saptanabilir.
Beabout, “Tetrasiklin, hücrenin ribozomuna bağlanır ve onun protein yapmasını engeller. TetM, tetrasiklini kovup ribozomu serbest bırakan bir protein, fakat tigesikline karşı genellikle etki etmez” diyor.
Yapılan deneylerde araştırmacılar, tetM proteinin büyük miktarlarda üretimini sağlayan mutasyonlar keşfettiler. Beabout: “Elinizde bol miktarda tetM varsa, tigesikline karşı etki edersiniz. İlginç olan şu ki; tetM, genom etrafında hareket edebilen ve başka hücrelere transfer edilebilen DNA elementi (konjugatif bir transposon). TetM’nin fazla miktarda ifade edilmesinin diğer bir etkisi de Tn916 transposonunun fazla hareket etmesi. Sürekli olarak bir hücreden başka bir hücreye geçiyor. Bu yüzden, hem direnç geni, hem de direnç geninin başka hücrelere transfer olması ve genom üzerindeki hareketinde olan artışı görüyoruz. Bu durum kesinlikle endişe verici.”
E. faecalis kolonileri biyoreaktörlerde 19 ve 24 gün boyunca hızlıca çoğalır. Sonuçlar gösteriyor ki, bakteriler direnç genini almak konusunda ciddi anlamda profesyoneller. Beabout şöyle devam ediyor: “Başlarda, bütün hücreler transposonunun sadece bir kopyasına sahipti, fakat deney devam ettikçe, ek olarak birçok kopya elde etmeye başladılar. Transposonların kopya sayıları çok hızlı bir şekilde artıyordu.”
Shammoo bu araştırmanın, bakterilerin direnç mekanizmasının nasıl engellenebileceğine ve antibiyotiklerin verimliliğinin nasıl korunacağına ışık tutmasını umuyor. “Laboratuvarımız, bakterilerin gelecekte nasıl direnç kazanacağı konusunda evrimsel bir keşif yaptı. İlaç endüstrisi ve diğer laboratuvarlar da bu bilgiyi kullanarak, yeni ilaçlar geliştirebilir.”
Çeviren: Nergis Tabaş
İTÜ Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
