En dum kat ..... 22 • Øjet / Mere information ..... 23

Resistens hos bakterier

I den vestlige verden bruges meget antibiotika. Det er et fremragende stof der kun dræber bakterierne, men er uskadeligt for den menneskelige krop. Da det første gang blev opdaget og udvundet, blev det hurtigt vidt udbredt, og der er kommet mange nye antibiotika til. Du har måske undret dig over at din læge er noget tilbageholdende med at udskrive penicillin, og at staten forsøger at begrænse brugen af antibiotika i landbruget – det virker jo næsten altid. Antibiotika er en kopi fra naturens egen kemiske krigsførelse. Det første stof, penicillin, blev udvundet fra en svamp som brugte det til at slå bakterier ihjel i et forsøg på at kunne sprede sig.

Men hvor der er et angreb, findes der også et forsvar, og det gør der også her. Antibiotika har aldrig haft en massiv udbredelse før mennesket begyndte at bruge det, og derfor har forsvaret også været spredt på enkelte bakteriestammer rundt omkring i naturen. Det var en fordel at have den resistens nogle steder, og andre steder hvor der ikke fandtes antibiotika, har bakterierne en højere fitness hvis de ikke investerer i dette resistensforsvar. Da så antibiotika blev vidt udbredt, ændredes miljøet på især hospitaler som i sagens natur er et slags samlingssted for infektioner. Her fik de resistente bakterier en chance for at sprede sig fordi de i dette specielle miljø har en langt højere fitness end de “almindelige” bakterier.

Men lægevidenskaben havde sit modtræk, for hvis bakterierne var resistente imod ét antibiotikum, fandt man bare et andet som man kunne slå dem ihjel med. Det blev dog heller ikke ved med at gå, og i dag kæmper lægerne imod de frygtede multiresistente bakterier som kan modstå en lang række antibiotika. Når din læge er påholdende med at udskrive antibiotika til dig, skyldes det et kollektivt forsøg blandt læger på at ændre det miljø bakterierne lever i, så antallet af multiresistente bakterier begrænses eller går tilbage. Helt forsvinder de dog aldrig her i landet. Læger i mange andre lande er stadigvæk meget rundhåndede med antibiotika, så derfor skal vi desværre forvente at problemet vil tiltage.

Er det her ikke et eksempel på en tilførsel af ny kompleksitet og information? Hvis vi ser på de oprindelige tilfælde af resistens fra naturen, kan vi konstatere at de jo allerede var til stede i miljøet, så her er ikke opstået noget nyt. – Men de multiresistente bakterier da, har de altid være multiresistente? Det har de sandsynligvis ikke, for sådan en palet af forskellige antibiotika er sandsynligvis ikke til at finde noget sted i naturen. De har fået deres resistens fra andre bakterier. Bakterier er har nemlig et meget pudsigt system hvor de kan forbinde sig med hinanden med nogle “sugerør” som man kalder pili. Herigennem kan de overføre resistensgener til andre bakterier som derved også bliver

resistente. De har et helt sy-stem af en form for “kassetter” i deres DNA hvor gener for især resistens kan flyttes rundt fra kassette til kas-sette.

Vira er også i stand til at flytte gener fra en bakterie til en anden og dermed over-føre resistensgener fra en naturligt resistent bakterie til en anden ikke-resistent bakterie.

Det er heller ikke den type resistens vi leder efter, for det er blot en flytten rundt på eksisterende information. Disse resistensgener kan være mange tusinde baser lange, og en så lang kode kan ikke opstå tilfældigt i løbet af få generationer. Så eksemplet her viser ikke hvordan positive mutationer kan opbygge ny information. Faktisk er hele systemet med overførsel af gener imellem bakterier i sig selv komplekst og kræver derfor også en forklaring på hvor det kan være opstået.

ribosomet – maskineriet som producerer proteiner ud fra informationerne i DNA (RNA).

Alligevel nærmer vi os nu noget vi kan bruge, for forskere har lavet et spændende studium i hvordan streptomycin og andre mycinstoffer forhindrer bakterier i at gro, og hvordan en punktmutation har gjort bakterien resistent over

Fig. 1.3. Tegningen viser hvordan streptomycinmolekylet falder på plads i ribosomet som den rigtige brik i puslespillet, og dermed influerer på proteinsyntesen.

for stoffet5152 ved udskiftning af blot én base. De fandt ud af at streptomycin bandt sig fast på bakteriens ribosom og forstyrrede dermed produktionen af proteiner ved at forhindre at de rigtige aminosyrer kunne sættes sammen til et funktionelt protein (fig. 1.3).

Uden funktionelle proteiner kan bakterien ikke vokse og dele sig. Pattedyr (herunder mennesket) har ikke det område i ribosomerne hvortil streptomycin kan binde sig, så derfor er antibiotikummet harmløst for os. Det er den egenskab der har gjort stoffet så populært.

Ribosomer, som bl.a. er opbygget af protein, har en fast 3D-struktur som gør at de har den funktion de har. Et protein består af en lang kæde af aminosyrer, og hvis bare én af disse aminosyrer ændres, kan bindingsvinklerne ændres og hele 3D-strukturen forandres. Det vil ofte føre til et ubrugeligt protein eller et protein med en svækket funktion – altså en forringelse af information eller kompleksitet. Specificiteten er i et sådant tilfælde forringet, og dermed er der tale om tab af information. Når mutationen gør bakterien resistent, så er det fordi den ændrede 3D-struktur i ribosomet har forandret det sted hvor streptomycin normalt binder sig fast. Ændrer vi miljøet og fjerner streptomycin, vil den resistente bakterie have en lavere fitness end sine artsfæller fordi de ændrede ribosomer er et handikap. En nedsat funktion i proteinsyntesen er prisen bakterien har måtte betale for at kunne overleve53 .

Der er rapporteret om flere punktmutationer som har ført til resistens over for streptomycin, for der er mere end én mulighed for at gøre ribosomet deformt uden helt at ødelægge funktionen54 .

Så i vores jagt på stigende kompleksitet har vi her fået opfyldt både at have erhvervet os en (tilsyneladende) tilfældig mutation med en ny egenskab, og mutationen har en øget fitness i et miljø hvor streptomycin er til stede. MEN – den ny information og kompleksitet mangler, og derfor kan eksemplet ikke redegøre for et trin i en makroevolutionær udvikling. Information kan ikke opbygges ved at man mister den. Det er en dårlig forretning for et firma at miste en lille smule ved hver handel.

Det er lidt en er glasset halvfyldt eller halvtomt-diskussion. Når vi læser om dette eksempel i fx en biologibog, så er glasset halvt fyldt, for bakterien har fået tilført resistens. I virkeligheden er glasset halvt tomt for bakterien har mistet sin følsomhed over for streptomycin.

DDT er et fremragende og effektivt sprøjtemiddel mod insekter, og som vi i Danmark brugte meget i 1960’erne. Desværre viste det sig at giften bliver ophobet i fedtvævet hos de dyr og mennesker som blev udsat for den. Den ophobes endvidere i fødekæden, og det tager mange år at slippe af med den i naturen. I dag er DDT forbudt i Danmark, men mange andre lande bruger den, og det kan være nødvendigt i især malariaplagede lande. DDT virker ved at binde sig til et specifikt sted på den membran der omgiver insekternes nerveceller – det blokerer for funktionen af nerverne, og insektet dør55 .

Tegningen viser hvordan en mutation i den brik i puslespillet der ellers passer med ribosomet, forhindrer streptomycinmolekylet i at fæstne sig til dette, og cellen er nu blevet resistent over for streptomycin.

51 Davies, J., M. Brzezinska, and R. Benveniste, (1971). R factors: Biochemical mechanisms of resistance to aminoglycoside antibiotics Annals of the NY Academy of Science, vol. 182 pp. 226-233. 52 Davies, J. and M. Nomura, (1972). The genetics of bacterial ribosomes, annual Reviews of Genetics, vol. 6, pp. 203-234. 53 Gartner, T. K. and E. Orias, (1966). Effects of mutations to streptomycin resistance on the rate of translation of mutant genetic information, Journal of Bacteriology, vol. 91, pp. 1021-1028. 54 Ibid. 55 Beeman, R. W., (1982). Recent advances in the mode of action of insecticides, Annual Review of Entomology, vol. 27, pp. 253-281.