Vieraskynä: MRSA superbakun antibioottivastustuskyvn mekanismi

Heippa hei!

Viime kerralla mää postasin mun lempibakteerista Staphylococcus aureuksesta. Mulla alkaa olla mun lempibakua käsittelevä kirjallisuustutkielma viimeistelyä vaille valmis, mutta multa puuttuu vielä tutkielmaan kuuluva tiedettä popularisoiva esitys. Memmu inspiroi mua kirjoittamaan vaihtokynäpostauksia tänne blogiin ja samalla mulle tuli idea siitä, että voisin kirjoittaa blogipostauksen metisilliiniresistentin S. aureuksen eli MRSA:n antibioottiresistenssin mekanismista, joka olisi samalla mun kirjallisuustutkielman populaari.

Metisilliinit S. aureus -kannat eli MRSA:t ovat kehittäneet vastustuskyvyn antibiootille nimeltään metisiillini. Metisilliini on rakenteeltaan samanlainen kuin kaikkien tuntema β-laktaamiantibiootteihin kuuluva penisiliini. Kaikkien β-laktaamiantibioottien vaikutus perustuu siihen, että ne lopettavat bakteerin soluseinää muodostavan entsyymin toiminnan sitoutumalla voimakkaasti entsyymin aktiiviseen keskukseen. Koska penisilliinin kaltaiset antibiootit ovat kaikki rakenteeltaan samanlaisia, on MRSA useissa tapauksissa myös vastustuskykyinen monelle muullekin antibiootille kuin metisilliinille.

Penisilliinille resistenttien kantojen antibioottivastustuskyky perustuu siihen, että bakteeri pystyy tuottamaan β-laktamaasia eli entsyymiä, joka pystyy hajottamaan kaikkia β-laktaamiantibiootteja. MRSA:n tapauksessa tilanne on toisenlainen: MRSA ei tuota β-laktamaasia, vaan solun pinnalla olevat penisilliiniä sitovat proteiinit ovat mutatoituneet siten, että metisilliini tai mikään muukaan antibiootti ei mahdu sitoutumaan siihen. Yksi penisilliiniä sitovien proteiinien (penisillin binding protein, PBP) osa on soluseinää muodostava entsyymi. Kun antibiootti sitoutuu tähän PBP:n osaan, ei bakteeri pysty enää tuottamaan elintärkeää soluseinää ja bakteerisolu kuolee. MRSA:n PBP:n mutaatio aiheuttaa proteiinin rakennemuutoksen, joka estää antibioottia sitoutumasta mahdollistaen soluseinän molekyylien tuoton jatkumisen.

Kuva 1. MRSA:n antibioottiresistenssin aikaan saavan proteiinimolekyylin kolmiulotteinen rakenne. Mutatoitunut penisilliiniä sitova proteiini (PBP) koostuu kolmesta osasta, joista yksi on kuvaan sinisellä merkitty soluseinää muodostava osa. Rakennekuva on peräisin Lim & Strynadka (2002) julkaisemasta artikkelista ja sitä on muokattu suomentamalla eri domeenien nimet ja muut kuvan tekstit.

MRSA:n mutatoitunut PBP tuotetaan mecA -geenistä. Antibioottiresistenssin mahdollistava mecA -geenin mutaatio ei ole alun perin tapahtunut S. aureuksessa vaan toisessa Staphylococcus lajissa nimeltä S. fleurettii. Tutkijat uskovat, että antibioottirikkaassa ympäristössä S. fleurettiille on kehittynyt antibioottiresistenssigeeni, joka on sitten nopeasti siirtynyt muihinkin Staphylococcus -lajeihin. Bakteereilla on kyky vaihtaa hyödyllisiä geenejä keskenään ja tällaisen geeninvaihdon kautta myös S. aureus on saanut haltuunsa antibiooteilta suojaavan geenin.

Eppu

Mun kandi-&vaihtarilaiffia voi seurata seuraavista somekanavista:

ig: eppuuu_

sc: eppuuuu

Lähteet:

Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV & Clark DP (eds) (2009) Brock - Biology of Microorganisms. San Francisco, Pearson Education Inc. 

Vieraskynä: Lempibakteerini on Staphylococcus aureus, mikä on sun?

Mun mielestä jokaisella true biokemistillä pitäisi olla oma lempibakteeri tai -molekyyli. Mun lempibakteeri on ”superbugina” tai vaarallisena sairaalabakteerinakin tunnettu Staphylococcus aureus. Tutustuin kyseiseen kaveriin ensimmäistä kertaa kaksi vuotta sitten fuksikevään Mikrobiologian kurssilla.

Mikrobiologian kokeeseen lukiessa kiinnostuin monista eri mikro-organismeista ja huomasin, että minulla ja rakkaalla lempibakteerillani S. aureuksella on paljon yhteistä: Minä olen pieni ja pyöreä ja niin on myös S. aureus. Tai no, ennemminkin miljoonista S. aureus -soluista koostuvat pesäkkeet ovat pieniä, vaalean keltaisia ja pyöreitä. S. aureus on halofiili, mikä tarkoittaa sitä, että bakteeri pärjää paremmin korkeassa ympäristön suolapitoisuudessa kuin matalassa. Mää tykkään enemmän suolaisista herkuista kuin makeista, joten tässäkin suhteessa ollaan S. aureuksen kanssa samiksia. Pikkutyttönä mun lempiväri oli violetti, joten gramvärjäyksessä kauniin violeteiksi tai tumman sinisiksi värjäytyneet Staphylococcus -solut viehättävät minun silmää. S. aureus on grampositiivinen bakteeri, joten sen paksun soluseinän takia solut värjääntyvät kauniin violetiksi vaalean punaisen sijaan.

Kaikkien näiden yhteneväisyyksien jälkeen mun on pakko myöntää et on mussa ja S. aureukses jotakin erilaista. Esimerkiksi tuma, mulla on se mut S. aureukselal ei. Ja sitten kaksoiskalvolliset soluorganellit, intronit genomissa, monisoluisuus ja mitä näitä nyt on. Mutta vastakohdathan vaan täydentää toisiaan, right?

Kuva 1. Kasvatusmalja fuksikevään mikrobilsan labrakurssilta. Maljalla asustelee vuorokauden ikäisten S. aureus vauvojen lisäksi punaiset S. marcesces- ja vaaleat E. coli -pesäkkeet.

Vielä enemmän ihastuin kyseiseen bakuun Mikrobiologian labraharjoitukissa, kun pääsimme itse kasvattamaan kyseistä bakteeria agar -maljoilla. Maljalla möllöttävät vaalean kellertävät pikkupesäkkeet eivät näytä mitenkään mielenkiintoisilta, varsinkaan raivokkaasti jakautuvan punaisen S. marcescesin rinnalla. Labraharjoitusten jälkeen pienestä fuksista tuli ”crazy bacteria lady”ja kiinnostus superbakteeri S. aureusta kohtaan heräsi. Tämä kiinnostus johti lopulta siihen, että parhaillani kirjoitan kirjallisuustutkielmaa lempparibakteeristani.

S. aureus kuuluu ihmiskehon normaaliin bakteerikantaan ja bakteereita löytyy normaalisti ihon pinnalta ja hengitysteistä. Bakteeri on tavallisesti harmiton, mutta aiheuttaa vakavan tulehduksen, jos potilaan vastustuskyky heikkenee esim. saadessaa haavoja tai hormonaalisten muutosten takia. Iholla S. aureus aiheuttaa mm. aknea ja märkärupea. Hengitysteissä S. aureus on suurin syypää keuhkokuumeeseen ja muita tämän patogeenin aiheuttamia tulehduksia ovat aivokalvon tulehdus sekä sydänlihastulehdus. Maailman ensimmäistä antibioottia penisilliini G:tä alettiin toisen maailman sodan jälkeen valmistaa mm. S. aureuksen aiheuttaman keuhkokuumeen hoitoon.

Mutta mikä sitten tekee tästä kauniin kultaisesta kokkibakteerista niin vaarallisen patogeenin varsinkin sairaalaympäristössä? Antibiootteja on käytetty ympäri maailmaa infektioiden hoitoon jo vuosikymmenien ajan ja tämän lisäksi useissa maissa karjaeläimille, esimerkiksi broilerilinnuille, annetaan ennalta ehkäisevästi antibioottipistoksia, jotta taudit eivät häiritsisi eläimen nopeaa kasvua ja tehokasta lihan tuotantoa. Tällainen liiallinen antibioottien käyttö altistaa eri bakteerikannat yhä enemmän antibiooteille, mikä taas lisää bakteerilajien kilpailua sekä luonnonvalintaa. Antibioottirikkaassa ympäristössä bakteerien pitää kilpailla selviytymisestä, joten bakteerin perimässä tapahtuu entistä enemmän muutoksia, jotka johtavat uusien kantojen syntyyn. Kun satunnaisesti tapahtuvien muutosten määrä perimässä kasvaa, on todennäköisenpää, että bakteerikannalle kehittyy hyödyllinen mutaatio, jonka avulla antibiootti ei tapakaan soluja. S. aureuksellle on kehittynyt juurikin tällaisen hyödyllisen mutaation kautta vastustuskyky eli resistenssi suurinta osaa tällä hetkellä kliinisessä käytössä olevia antibiootteja vastaan. Voidaankin karkeasti sanoa, että vuosikymmeniä kestänyt antibioottien liiallinen käyttö on luonut S. aureuksen aiheuttamista ja muistakin ennen helposti parannettavissa olevista infektioista ihmiselle vaarallisia, koska ei ole enää olemassa bakteereihin tehoavia antibiootteja.

Siinä oli muutama pointti miksi mun mielestä Staphylococcus aureus on todella kiinnostava patogeeni ja samalla mun lempibakteeri. ”Hullu bakteerinainen” on saanut tilaisuuden perehtyäaiheeseen enemmän, koska mun kandin tutkinnon kirjallisuustutkielma käsittelee metisilliiniresistenttiä S. aureusta (MRSA) ja kyseisen bakteerikannan antibioottiresistanssin mekanismia.

Eppu

Mun kandi-&vaihtolaiffia voi seurata parhaiten seuraavista somekanavista:

ig: eppuuu_

sc: eppuuuu

Lähteet:

Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV & Clark DP (eds) (2009) Brock - Biology of Microorganisms. San Francisco, Pearson Education Inc. 

Miten teepuuöljy liittyy mikrobiologiaan?

Mulla oli vielä eilen hirveä paniikki sen kanssa, mistä aion kirjoittaa. Olen ollut aika kiireinen opintojen kanssa, joten tämä kirjoittaminen jäi tosi viime tippaan. Memmu oli onneksi pelastava enkeli ja ehdotti, että kirjoittaisin teepuuöljystä.

Teepuuöljyllä (Tea tree oil) ei ole oikeasti mitään tekemistä teen kanssa. Teepuuöljyä saadaan tislattua Melaleuca alternifolia -nimisestä myrttikasvista, jota kasvaa Australiassa. Aborginaalit ovat käyttäneet teepuuöljyn lehtiä haavojen ja palovammojen hoitoon jo tuhansia vuosia sitten. 1920-luvulla australialaiset lääkärit desinfioivat haavoja öljyllä. Sillä myös yritettiin estää leikkauksen jälkeiset tartunnat. [1]

Terpiini-4-oli [3]. Teepuuöljy sisältää 30-48 % tätä. [2]

 Tällaisen hyvin paljon luontaistuotekaupan mainoslehtisen tuotekuvaushenkisen aloituksen jälkeen herääkin sitten kysymys: toimiiko se oikeasti? Teepuuöljylle ei ole ilmeisestikkään tehty tarpeeksi kliinisiä tutkimuksia (tai ei ollut ainakaan vielä vuonna 2011 enkä sen jälkeen äkkiseltään löytänyt mitään), jotta se voitaisiin luokitella lääkkeeksi, mutta sitä kuitenkin käytetään esimerkiksi finnien, haavaumien ja flunssan hoitoon. [2]

Teepuuöljyn ja sen ainesosien vaikutusta bakteereihin on kuitenkin tutkittu laboratoriossa, esimerkiksi käytettäessä yhdessä antibioottien kanssa. Australialaisissa yliopistoissa tehtiin koe, jossa käytettiin Staphylococcus aureus (ruokamyrkytysbakteeri) -, Escherichia coli (ulostebakteeri) - ja Staphylococcus epidermidis (eräs ihmisen iholla normaalisti elävä bakteeri) -bakteereja, antibiootteja ja teepuuöljyä. [4]

Tutkimus tehtiin, koska bakteerit kehittävät yleensä melko nopeasti resistenssin antibiooteille (eli ne eivät enää kuole tai lakkaa lisääntymästä, vaikka antibioottia olisikin niiden ympäristössä) ja haluttiin nähdä voitaisiinko teepuuöljyä käyttää bakterien tappamiseen tai desinfiointiin. Tutkimuksessa kokeiltiin myös yhdistää teepuuöljyn ja eri antibioottien käyttö ja tutkimuksessa todettiin, ettei teepuuöljyn tai terpiini-4-olilla oli vaikutusta antibioottiresistenssin syntyyn. Tutkimuksessa todetaan, ettei teepuuöljyn yleistyvällä käytöllä pitäisi olla haittaa antibioottiresistenssin syntymisessä. Joissain tapauksissa tarvittava antibiootin määrä väheni, kun teepuuöljyä käytettiin yhdessä sen kanssa.[4] Kuitenkin uudemmassa tutkimuksessa tältä vuodelta todetaan, että on saatu ristiriitaisia tuloksia resistenssin kehittymistä teepuuöljystä. Suurin osa tutkimuksista kuitenkin puoltaa sitä, että teepuuöljyn käyttö ei vaikuta resistenssin kehittymiseen. Jälkimmäisessä tutkimuksessa myös povataan, että kasveista eristettyjä öljyjä (siis muitakin kuin teepuuöljyä) voitaisiin tulevaisuudessa käyttää yhdessä antibioottien kanssa, jos keksitään hyvä tapa yhdistää ne lääkkeksi. [5]

[1]http://www.cancer.org/treatment/treatmentsandsideeffects/complementaryandalternativemedicine/herbsvitaminsandminerals/tea-tree-oil

[2] http://ec.europa.eu/health/ph_risk/committees/04_sccp/docs/sccp_o_160.pdf

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Terpinen-4-ol

[4] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3264233/

[5] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3950955/ 

P.S: Loppukevennyksenä tällainen tosi hassu video, jonka kuvasin labrassa. Top quality.