Miten bakteerit alkavat vastustaa tiettyjä antibiootteja? Laaja geeniaineisto valaisee resistenssin leviämistä

Lääkkeille vastustuskykyiset taudinaiheuttajat yleistyvät jatkuvasti, mikä johtuu pitkälti antibioottien liiallisesta ja epätarkoituksenmukaisesta käytöstä. Joskus antibioottiresistenssin syntyä ja leviämistä vauhdittavat bakteerien perimän mutaatiot, joskus bakteerilta toiselle hyppivät geenit, jotka saavat apua tietynlaisten antibioottihoitojen yleisyydestä.

Arvostetussa Lancet Microbe -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa saatiin lisätietoa siitä, millä tavoilla Escherichia coli -bakteerin kyky vastustaa antibioottia vaihtelee pitkän ajan kuluessa ja eri maiden välillä. E. coli on yleinen suolistossa elävä bakteeri, joka aiheuttaa esimerkiksi virtsatietulehduksia, vakavia verenmyrkytyksiä sekä aivokalvontulehdusta erityisesti vastasyntyneillä.

Professori Jukka Coranderin johtama kansainvälinen tutkijaryhmä selvitti, mitkä tekijät vaikuttavat antibiooteille vastustuskykyisten E. coli -bakteerien yleisyyteen väestössä. Tutkimus antoi lisätietoa myös siitä, miten erityyppisten antibioottien käyttö vaikutti tiettyjen E. coli -kantojen yleistymiseen.

Analyysissä selvisi, että vain yhden tietyn tyypin antibioottien laaja käyttö oli selvästi yhteydessä useille lääkkeille yhtä aikaa vastustuskykyisten bakteerikantojen yleisyyteen. Näiden kantojen aiheuttamia infektioita on vaikea hoitaa, ja ne ovat levinneet maailmanlaajuisesti 20 viime vuoden aikana.

– Lisäksi osoitimme, että löydetyt syy-seuraussuhteet erityyppisten antibioottien käytön ja niitä vastaavan resistenssin yleisyyden välillä ovat hyvin monimutkaisia. Myös E. colien perimän muut erot vaikuttavat siihen, kuinka paljon tietyt bakteerikannat hyötyvät resistenssiä luovista geeneistä ja mutaatioista, Corander kertoo.

Syy-seuraussuhteet selville laajasta pitkittäisaineistosta

Tutkimuksesta teki erityisen se, että tutkijat pystyivät nyt ensimmäistä kertaa määrittelemään syy-seuraussuhteita erityyppisten antibioottien käytön ja E. coli -bakteerin antibiooteille vastustuskykyisten geenimuotojen vaihtelun välillä.

Tutkijat käyttivät British Society for Antimicrobial Chemotherapyn arkistoa potilaiden verinäytteistä löydetyistä E. coli -bakteereista, joista he eristivät perimän ja sekvensoivat sen genominlaajuisesti Cambridgessa sijaitsevassa Sanger-instituutissa. Näin syntyi sekvensointidataa, joka kartoitti E. coli -bakteerien perimän vaihtelua vuosilta 2012–17.

Tiedot yhdistettiin aiemmin Isosta-Britanniasta ja Norjasta julkaistuihin, E. colin genominlaajuisiin aineistoihin. Tilastollisten analyysimenetelmien avulla suurista aineistoista pystyttiin luomaan samanaikaisia bakteerien genomikokoelmia vuosilta 2001–2017.

Geenit ja ihmisen toiminta resistenssin yleisyyden taustalla

Antibioottiresistenssin yleistyminen tarkoittaa, että myös bakteerien aiheuttamien kuolemien määrä kasvaa, kun lääkkeet eivät enää tehoa taudinaiheuttajiin.

– On erittäin tärkeää ymmärtää, miten toisaalta geneettiset tekijät ja toisaalta ihmisen toiminta, kuten antibioottien käyttö, globaali liikkuvuus ja ruuantuotanto, vaikuttavat yhdessä antibioottiresistenssin ja infektioita aiheuttavien bakteerikantojen yleisyyteen. Kattava genomiaineisto bakteerien perimän vaihtelusta auttaa päättelemään, mitkä tekijät vaikuttavat antibioottiresistenssin yleistymiseen ja kuinka paljon. Näin meillä on paremmat mahdollisuudet kääntää tilanne parempaan suuntaan, Corander kertoo.

– On myös äärimmäisen tärkeää, että tutkimusrahoittajat ymmärtävät tilanteen vakavuuden. Ilman korkeatasoista tieteellistä perustutkimusta seisomme neuvottomina antibioottiresistenssin tsunamin edessä.

Julkaisu:

Pöntinen, A. K., Gladstone, R. A., Pesonen, H., Pesonen, M., Cléon, F., Parcell, B. J., … Corander, J. (2024). Modulation of multidrug-resistant clone success in Escherichia coli populations: a longitudinal, multi-country, genomic and antibiotic usage cohort study. The Lancet Microbe. doi:10.1016/S2666-5247(23)00292-6

Lisätiedot:

Jukka Corander
Professori, matematiikan ja tilastotieteen osasto, Helsingin yliopisto ja Suomen tekoälykeskus FCAI
Wellcome Sanger Institute ja Oslon yliopisto
jukka.corander@helsinki.fi
Puh. 050 415 5294