آنتی بیوتیک ها داروهایی مفید برای مقابله با عفونت های باکتریایی هستند و جزو مهم ترین کشفیات پزشکی قرن 20 میلادی محسوب می شوند. کشف آنتی بیوتیک ها جان میلیون ها نفر را از عفونت های باکتریایی نجات داده است. این داروها علاوه بر مصارف پزشکی و انسانی برای اهداف مختلف دیگری مانند پیشگیری از عفونت ها در پرورش حیوانات مزرعه در کشورهای در حال توسعه یا توسعه نیافته هم استفاده می شوند. به دلیل استفاده بیش از حد یا نادرست از آنتی بیوتیک ها، میکروارگانیسم ها نسبت به این داروها مقاوم شده و مقاومت ضدمیکروبی (AMR) را به وجود آورده اند. مقاومت ضدمیکروبی زمانی ایجاد می شود که میکروارگانیسم ها از جمله باکتری ها، ویروس ها، قارچ ها و انگل ها بتوانند در مواجهه با داروهایی که باید آنها را از بین ببرند، زنده مانده و تکثیر شوند. مقاومت ضدمیکروبی یک مشکل بزرگ جهانی است که اثرات مخرب طولانی مدتی بر سلامت عمومی، اقتصاد و توسعه دنیا بر جای می گذارد. عفونت هایی که با میکروارگانیسم های مقاوم ایجاد می شوند، شدت بیشتری داشته و به سختی درمان می شوند و حتی ممکن است سبب مرگ شوند. در حال حاضر حدود 5 میلیون نفر در سال در ارتباط با مشکل مقاومت آنتی بیوتیکی جان خود را از دست می دهند و انتظار می رود که تا سال 2050، این عدد به 10 میلیون هم برسد.
مقاومت آنتی بیوتیکی
مقاومت آنتی بیوتیکی از جمله فرایندهای تکاملی باکتری هاست که در پاسخ به آنتی بیوتیک ها ایجاد شده است. از نقطه نظر بالینی، تمام پاتوژن ها در اولین برخورد با آنتی بیوتیک ها نسبت به آنها حساس هستند اما در اثر استفاده مداوم، باکتری ها نسبت به آن مقاوم می شوند. از نقطه نظر تکاملی، باکتری ها از طریق موتاسیون (جهش) ژن های کروموزومی یا اکتساب DNA خارجی توسط انتقال افقی ژن ها که در ایجاد مقاومت نقش دارند، نسبت به مکانیسم اثر آنتی بیوتیک ها سازگاری پیدا می کنند. موتاسیون ها معمولا 3 دسته مختلف از ژن ها را تحت تاثیر قرار داده و سبب بروز مقاومت می شوند:
- ژن هایی که هدف آنتی بیوتیک ها را کد می کنند.
- ژن هایی که ناقلین آنتی بیوتیک ها را کد می کنند.
- ژن هایی که بیان ناقلین آنتی بیوتیک ها را سرکوب می کنند.
از طرفی مدارک زیادی وجود دارد که نشان می دهند باکتری های محیطی و هم زیست (commensal)، منبع اصلی ژن های مقاومت به آنتی بیوتیک می باشند و می توانند توسط مکانیسم انتقال افقی ژن، این ژن های مقاومت را به باکتری های پاتوژن منتقل کنند.
باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک، ژن های مقاومت را خود را به صورت ذاتی، اکتسابی یا تطبیقی به دست آورده اند.
مقاومت ذاتی (Intrinsic Resistance)
این نوع مقاومت به توانایی موروثی و طبیعی باکتری برای بروز مقاومت به دسته های خاصی از آنتی بیوتیک ها بدون جهش و بدون گرفتن ژن های خارجی گفته می شود. تا آنجا که به مکانیسم های مقاومت دارویی مربوط می شود، هم پمپ های افلاکس یا بیرون کننده (efflux) و هم کاهش نفوذپذیری در مقاومت ذاتی دخیل هستند. هم چنین این نوع مقاومت می تواند پمپ های بیرون کننده چند دارو (multidrug efflux pump) را هم به طور مکرر تحت تأثیر قرار دهد.
مقاومت اکتسابی (Acquired Resistance)
مقاومت اکتسابی یک فرایند تکاملی است که طی آن به دلیل جهش در ژن های کروموزومی یا گرفتن مواد ژنتیکی جدید خارجی توسط انتقال افقی ژن، باکتری های حساس، به صورت دائمی یا موقت، نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاوم می شوند.
مقاومت تطبیقی (Adaptive Resistance)
مقاومت تطبیقی یک فنوتیپ مشروط به تغییرات محیطی است و بسته به توانایی و طول دوره تغییر می تواند به صورت دائمی یا موقت باشد. زمانی که رشد و تکثیر باکتری ها تحت تاثیر آنتی بیوتیک ها با دوزی کمتر از دوز درمانی و همراه با سیگنال های محیطی خاصی مانند تغذیه، استرس، pH و …. قرار می گیرد، باکتری ها مقاومت تطبیقی را بروز می دهند. این نوع مقاومت بر خلاف مقاومت های ذاتی و اکتسابی معمولا به صورت گذرا بروز پیدا می کند و با حذف سیگنال های القا کننده هم به حالت اول بر می گردد.
مکانیسم های ایجاد مقاومت آنتی بیوتیکی
به طور کلی باکتری ها از طریق 4 مکانیسم نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاومت نشان می دهند. باید به این نکته توجه داشت که تفاوت های ساختاری باکتری های گرم مثبت و گرم منفی منجر به متفاوت بودن مکانیسم های مقاومت آنها می شود.
1- محدود کردن برداشت دارو
لیپو پلی ساکاریدها بخش اصلی غشای خارجی باکتری های گرم منفی را تشکیل می دهند و در نفوذ ترکیبات شیمیایی مختلف از جمله آنتی بیوتیک ها نقش دارند. در حقیقت باکتری های گرم منفی با کاهش نفوذپذیری نسبت به برخی آنتی بیوتیک های خاص، علیه آنها یک مقاومت ذاتی بروز می دهند. هم چنین تغییر در نفوذپذیری پروتئین های غشای خارجی، به خصوص پروتئین های پورین، می تواند منجر به مقاومت دارویی اکتسابی شود. در اصل پروتئین های پورین به عنوان ورودی آنتی بیوتیک های هیدروفیل مانند بتالاکتام ها، فلوروکینولون ها، تتراسایکلین ها و کلرامفنیکل عمل می کنند؛ بنابراین نوع و مقدار آنها بر ورود این آنتی بیوتیک ها به داخل سلول باکتری و در نتیجه حساسیت باکتری به این داروها نقش دارد. به همین دلیل جهش هایی که منجر به اختلال در بیان یا عملکرد این پروتئین ها شوند می توانند باعث بروز مقاومت اکتسابی شوند.
تشکیل بیوفیلم هم یکی دیگر از مکانیسم های بروز مقاومت است. بیوفیلم به اجتماع سلول های میکروبی که در اگزو پلی ساکاریدی که خود تولیده کرده، قرار گرفته و به سطوح زیستی یا غیر زیستی می چسبند، گفته می شود. بیوفیلم با فرایندهای مختلفی از جمله ممانعت از نفوذ آنتی بیوتیک و جلوگیری از افزایش غلظت آن در سرتاسر بیوفیلم، سبب ایجاد مقاومت می گردد.
2- تغییر نقطه هدف آنتی بیوتیک
باکتری ها می توانند با جهش در ژن یا ژن هایی که پروتئین هدف دارو را کد می کنند یا متیلاسیون، سبب تغییر در نقطه هدف آنتی بیوتیک شوند. در نتیجه آنتی بیوتیک به پروتئین هدف خود متصل نشده یا اتصال ضعیفی برقرار می کند که سبب اختلال در عملکرد دارو می شود.
3- غیرفعال کردن آنتی بیوتیک
برخی گونه های خاص باکتری می توانند با تجزیه آنتی بیوتیک یا افزودن یک گروه شیمیایی به آن سبب غیر فعال شدن دارو گردند. برای مثال اعضای خانواده انتروباکتریاسه و بسیاری از باکتری های گرم مثبت مانند استافیلوکوکوس اورئوس، انتروکوکوس فکالیس و فاسیوم با تولید آنزیم های هیدرولیز کننده بتالاکتاماز به طور موثری سبب تجزیه و غیرفعال شدن آنتی بیوتیک های بتالاکتام می شوند. هم چنین ژن های سنتز بتالاکتاماز از طریق فرایند انتقال افقی ژن نیز قابل انتقال می باشند.
از طرفی فرایندهای فسفریلاسیون و آدنیلاسیون نیز برای غیر فعال کردن آمینوگلیکوزیدها به کار می روند. استیلاسیون هم متنوع ترین مکانیسم برای غیر فعال کردن آمینوگلیکوزیدها، کلرامفنیکل، استرپتوگرامین و فلوروکینولون ها می باشد.
4- بیرون راندن آنتی بیوتیک ها
باکتری ها با استفاده از پمپ های وابسته به انرژی افلاکس (efflux pumps) که بر غشای سیتوپلاسمی آنها قرار گرفته از تجمع آنتی بیوتیک ها در داخل سلول جلوگیری می کنند. این پمپ ها بسته به ساختار و منبع انرژی به 6 نوع تقسیم شده و با بیرون راندن ترکیبات مضری مانند آنتی بیوتیک ها، متابولیت ها و … محیط داخل سلول باکتری را پایدار نگه می دارند. معمولا ژن پمپ های افلاکس چند دارویی (multidrug efflux pump) روی کروموزوم باکتری ها قرار گرفته و سبب مقاومت ذاتی آنها می شود اما ژن پمپ های افلاکس اختصاصی معمولا روی قطعه های ژنتیکی متحرک قرار گرفته است.
در مقاومت اکتسابی، باکتری ها از مکانیسم هایی مانند تغییر نقطه هدف دارو، غیر فعال کردن و بیرون راندن دارو استفاده می کنند و مقاومت ذاتی نیز بیشتر شامل محدود کردن ورود، غیرفعال کردن و بیرون راندن دارو می باشد.
اهمیت مقاومت آنتی بیوتیکی بر سلامت انسان
شواهد علمی زیادی مواجهه جمعیت های انسانی با پاتوژن های مقاوم به داروهای ضدمیکروبی از طریق غذا و محیط زیست را نشان می دهند. تخمین زده می شود که مصرف جهانی داروهای ضدمیکروبی از جمله آنتی بیوتیک ها در حیوانات تولید کننده غذا (food animal) بین سال های 2010 تا 2030، افزایشی 67 درصدی داشته باشد؛ زیرا تعداد حیواناتی که برای تولید غذا پرورش می یابند، افزایش یافته و سیستم های پرورشی به سمت متراکم شدن پیش می روند تا پاسخگوی افزایش تقاضای مردم باشند. استفاده از آنتی بیوتیک ها و سایر داروهای ضدمیکروبی در پرورش حیوانات سبب ایجاد مقاومت ضدمیکروبی در حیوانات و انسان ها می شود.
نکته مهمی که لازم به ذکر می باشد این است که بیش از 70 درصد آنتی بیوتیک های مهم پزشکی در صنعت پرورش دام، طیور و آبزیان مصرف می شود.
همان طور که ذکر شد باکتری ها با تغییراتی در DNA شان و به دست آوردن ژن های مقاومت در طی انتقال افقی ژن، نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاوم می شوند. بسیاری از ژن های مقاومت به آنتی بیوتیک روی قطعات ژنتیکی متحرک، مثل ترانسپوزون ها و قطعات کنژوگاتیو مانند پلاسمید قرار گرفته اند؛ در نتیجه به راحتی می توانند بین سلول های مختلف، مثلا از باکتری های هم زیست و غیر پاتوژن به باکتری های پاتوژن، منتقل شوند. از طرفی این باکتری های مقاوم یا ژن های مقاومت آنها می توانند به راحتی بین انسان ها، حیوانات و محیط زیست منتقل گردند. بنابراین ایجاد و گسترش مقاومت آنتی بیوتیکی در حیوانات یا محیط زیست می تواند بر سلامت انسان ها نیز تاثیر منفی بگذارد؛ زیرا این میکروارگانیسم های مقاوم یا ژن های مقاومت آنها می توانند از طریق غذا، بیماری های زئونوز، آلودگی آب و … به انسان ها منتقل گردیده و در آنها عفونت های شدید و مقاوم به درمان ایجاد کنند. تاکنون چندین هزار ژن مقاومت به آنتی بیوتیک های مورد استفاده شناسایی گشته است که با توجه به پیدایش روز افزون ژن های مقاومت جدید و موثرتر، تعداد آنها هم چنان در حال زیادتر شدن می باشد. بنابراین باید استفاده از آنتی بیوتیک ها در پزشکی و دامپزشکی کنترل و محدود گردد.
