Antibiotikaresistens

På 1960-tallet mente mange at krigen mot bakterier var vunnet. Det var et bredt, økende utvalg av effektive anti­biotika, og resistensutvikling ble av de fleste ansett for å være en akademisk kuriositet. Historien har vist at dette var uttrykk for manglende erfaring og forståelse for mikrobenes evne til å tilpasse seg vår bruk og misbruk av antibiotika. Det er i dag dokumentert ervervet resistens mot alle registrerte antibiotika hos klinisk viktige bakterier. Resistensgenene har også en tendens til å samle seg i suksessfulle beslektede multiresistente bakterier. De etablerer seg som nye akronymer og blir vanlig brukte begreper i deler av vår medisinske hverdag. Eksempler kan være MRSA (meticillinresistente Staphylo­coccus aureus), PRP (penicillinresistente pneumokokker) eller ESBL (ekstendert spektrum betalaktamase-produserende Escherichia coli). Resistensgenene ser altså ut til å ha kommet for å bli.

Resistens kan beskrives på flere måter ut fra kriterier som ikke nødvendigvis er overlappende. Basiskriteriene kan være genetiske (definerte genetiske endringer), biokjemiske (tilstedeværelse av en resistensmekanisme), kliniske (terapeutisk effekt), iboende (en egenskap som er til stede i alle bakteriestammer tilhørende en bestemt art) eller ervervede (bare til stede hos noen isolater i en bestemt bakterieart).

En mye brukt klinisk definisjon er å anse en bakteriestamme som resistent når den tolererer en antibiotikakonsentrasjon som er høyere enn det som er oppnåelig på infeksjonsstedet og med stor risiko for terapisvikt. Gjennom resistensbestemmelse i laboratoriet kan bakterier kategoriseres som sensitive (følsomme), intermediært (moderat) følsomme eller resistente (S-I-R-systemet) overfor ulike antibiotika. Bakteriens følsomhet kan kvantiteres ved å måle den minste konsentrasjon av et antibiotikum som hemmer veksten av en bestemt bakteriestamme (MIC = «minimum inhibitory concentration»). Kategoriene S-I-R er relative begreper som må tolkes i en klinisk sammenheng (farmakologiske forhold, infeksjonssted, pasi­entens immunforsvar etc.). En mikrobe er definert som S ­(følsom) for et antibiotikum når det er stor sannsynlighet for terapeutisk effekt. En mikrobe er definert som intermediært følsom for et antibiotikum når den terapeutiske effekten er usikker. Denne usikkerheten kan oppveies ved at antibioti­kumet kan konsentreres på infeksjonsstedet (f.eks. urinveiene) eller ved at man gir en høyere dosering av antibiotikumet. En mikrobe defineres som R (resistent) mot et antibiotikum når det er stor sjanse for terapisvikt.

Man antar at bakteriene har vært på jorden i omtrent 3 milli­arder år. Bakterier er den vanligste livsformen på vår planet og dominerer i alle økosystemer. Det er beregnet at det finnes omlag 10³² bakterier på jorden. Til sammenligning kan det nevnes at det er 10¹⁷ sekunder siden «Big Bang», og at det er funnet 10²¹ stjerner i universet. Et menneske er kolonisert med ca. 10¹⁵ bakterier, det vil si 10 ganger så mange bakterier som egne celler. Bakteriene er svært tilpasningsdyktige og vi finner dem i alle former for liv. Mange bakteriearter kan dele seg raskt (hvert 20-30 minutt) og på kort tid gi opphav til store mengder datterceller (vertikal genoverføring), der enkeltceller har fått nye egenskaper på grunn av mutasjoner i sitt arve­material. I tillegg har bakterier et potensial til utveksling av store mengder genetisk materiale også på tvers av artsgrener, for eksempel ved hjelp av plasmider (ekstrakromosomale sirkulære DNA-elementer). Gjennom mutasjoner eller ut­veksling av genetisk materiale (horisontal genoverføring) kan de i løpet av kort tid endre sine egenskaper. I sum har altså bakteriene på grunn av sitt store antall og diversitet, raske delingshastighet og mangeartede evne til raske genetiske endringer et stort potensial til raskt å tilpasse seg nye utfordringer, som for eksempel antibiotikaseleksjon. I et miljø der det brukes antibiotika, kan resistensutvikling derfor ikke unngås.

Antibiotikaresistens er ikke et nytt fenomen. Noen mikro­organismer produserer selv antibiotika og har derfor måttet utvikle beskyttende mekanismer mot egne produkter. Gener for makrolidresistens kan påvises i jordbakterien Saccharo­polyspora erythraea, som sannsynligvis har produsert erytromycin i 880 millioner år. Dette er ett av flere eksempler fra nyere forskning som har dokumentert en langt mer utbredt forekomst av resistensgener i ulike arter miljøbakterier enn for­ventet. I en studie ble det i 500 jordbakterier gjennom­snittlig påvist resistens mot 7-8 grupper antibiotika, nye som gamle. Det ble påvist resistens mot alle grupper av antibiotika. Videre har det vist seg at de vanligst forekommende gener som koder for bredspektrede beta-laktamaser (ESBL) hos Escherichia coli og Klebsiella pneumoniae, finnes igjen som naturlig forekommende kromosomale gener hos Kluyvera-arter, som er en Gram-negativ jordbakterie. Dette illustrerer at mange gamle og nye, ukjente resistensgener er utbredt i naturens mikroflora. Bruk av antibiotika selekterer for resistente ­bakterier og øker dosen av resistensgener og dermed sjansen for spredning av resistensgener gjennom horisontal genoverføring. Vedvarende antibiotika-eksposisjon bidrar til at resi­stens­genene stabiliseres i nye vertsceller og etablerer seg i genetiske elementer (plasmider, transposoner, integroner) som lett kan mobiliseres mellom ulike miljøer og bakteriearter. Slike prosesser inngår i Darwins begrep «naturlig seleksjon».

Det er en klar assosiasjon mellom forbruk av antibiotika og forekomst av antibiotikaresistens. Resistens mot et anti­bakterielt middel kan være naturlig eller ervervet. Naturlig resistens er som regel knyttet til gener i bakteriens kromosom og innebærer at resistensen er en bestemt egenskap for alle bakteriene innen en bakterieart. Resistensen kan skyldes at bakteriene har iboende gener som koder for en bestemt resistensmekanisme, men kan like ofte skyldes at bakteriene mangler de strukturene eller metabolske prosessene som middelet er rettet mot. Gram-negative bakterier er for eksempel motstandsdyktige mot vankomycin, fordi yttermembranen ikke er permeabel for denne typen antibiotika. Gram-positive bakterier har ikke yttermembran og er derfor i utgangspunktet følsomme for vankomycin.

Ervervet resistens er betinget av genetiske forandringer hos bakterier som opprinnelig var følsomme for det aktuelle midlet. Slike forandringer kan oppstå ved mutasjoner i bakteriens kromosom eller ved tilførsel av nytt DNA.

Mutasjoner
Mutasjoner i bakterienes DNA som fører til antibiotikaresistens varierer mellom ulike bakteriearter. En genetisk endring i et bestemt bakteriegen opptrer vanligvis hos én av 10⁷- 10¹⁰ bakt­erier. Det vil si at i en populasjon på 10¹⁰ bakterier vil det være fra 1 til 1000 enkeltbakterier med en mutasjon i det aktuelle genet. Antall bakterier i normalfloraen er meget høyt, og det vil av den grunn alltid forekomme små mengder naturlig resistente mutanter i menneskenes bakterieflora. Dette gjelder særlig i tykktarmen, der det er omlag 10¹¹ bakterier per. gram avføring. Bakterietallet er også høyt ved enkelte infeksjoner. Ved øvre urinveisinfeksjoner er det ofte ≥ 10⁸ bakterier per. ml urin. Hvis en mutasjon fører til resistens mot det middelet en pasient behandles med, vil de resistente mutantene kunne formere seg på tross av behandlingen og dermed forsinke eller hindre helbredelse av pasienten. De antibiotikaresistente bakteriene kan dessuten spres til omgivelsene og overføres til andre pasienter. Tilstedeværelse av et antibiotikum er altså ingen forutsetning for at mutasjoner skal oppstå, men vi vet at antibiotika øker frekvensen av mutasjoner ved å utløse stressreaksjoner hos bakterier, og at resistente mutanter selekteres gjennom en vekstfordel i nærvær av antibiotikum.

Overføring av DNA mellom bakterier
Den viktigste genetiske mekanismen for spredning av anti­biotikaresistens er horisontal genoverføring. Bakteriene er pro­karyote celler og skiller seg fra våre egne celler blant annet ved sin evne til å utveksle DNA. Horisontal genoverføring har vært av fundamental betydning for utviklingen og mangfoldet i den prokaryote verden. I tillegg til kromosomale gener har nemlig bakteriene også gener utenfor kromosomet på et eller flere plasmider, det vil si ringformede DNA-elementer som er i stand til å formere seg i bakteriecellene uavhengig av bakterienes kromosom. Plasmider som koder for antibiotikaresistens benevnes R-plasmider (R= resistens). Den mest utbredte mekanismen for horisontal genoverføring er konjugasjon. Ved denne formen for overføring etableres direkte kontakt mellom bakterieceller slik at mobile gen-elementer (DNA) som er lokalisert ekstrakromosomalt (plasmider) eller på bakteriens kromosom (konjugative transposoner) kan overføres direkte fra den ene bakterien til den andre. På denne måten kan store mengder DNA overføres mellom fjernt beslektede bakterier - også fra apatogene til sykdomsfremkallende bakterier. Dersom plasmidet inneholder gener som koder for resistens mot antibakterielle midler, vil mottaker-bakterien også bli resistent mot disse midlene. Opprinnelig var det dette som ble benevnt smittsom antibiotikaresistens. Typiske eksempler på resistens som spres med mobile kromosomale elementer, er gener for makrolid- og tetracyklinresistens hos Gram-positive bakterier.

Genetiske elementer kan også forflytte seg fra et plasmid til et annet i samme bakterie og fra et plasmid til kromosomet eller omvendt. Slike flyttbare DNA-elementer (transposoner eller «hoppegener») innen en bakterie kan inneholde flere resi­stensgener i kassettlignende strukturer (integroner) og dermed kode for multiresistens.

DNA kan også overføres mellom bakterier med bakterievirus (bakteriofager). Denne formen for overføring benevnes transduksjon. Noen bakterier har dessuten evne til å ta opp fremmed DNA fra omgivelsene og inkorporere det i sitt eget DNA, såkalt transformasjon. Dette er DNA som stammer fra døde bakterier og som kan kode for resistens mot antibiotika.

Plasmidene er ikke nye genetiske elementer. De er blitt påvist hos patogene bakterier som var isolert og oppbevart fra 1920-årene. Forskjellen er imidlertid at dagens plasmider nå har ervervet resistensgener og genetiske elementer (transposoner og integroner) som gjør dem i stand til å akkumulere og stabilisere resistensgener. Det er i dag beskrevet enkelte mobile genetiske elementer som har samlet opptil 45 forskjellige resistensgener. Følgene av slik sammen­kopling av resistensgener er at bruk av antibiotikum A ikke bare selekterer for resistensgen A, men også for de andre resistensgenene som er koplet til A. Det problematiske ved koplinger av en rekke resistensgener er at de ser ut til å finne seg godt til rette i epidemiske økologisk vellykkede kloner av sykdomsfremkallende bakterier som spres globalt. Sam­eksistens mellom mekanismer som akkumulerer resistens­gener og bakteriekloner med spesielt gode epidemiske ­egenskaper (spredning og kolonisering) er en svært uheldig genetisk kopling av resistens og virulens.

Det var lenge et dogme at antibiotikaresistens var en egenskap bakterien ikke trengte, og som den kvittet seg med etter at det selektive antibiotikatrykket opphørte. Videre ble det hevdet at antibiotikaresistens var en biologisk byrde for bakterien, som bidro til at den ikke kunne konkurrere med antibiotikafølsomme slektninger under fravær av antibiotika. Flere undersøkelser har imidlertid vist at antibiotikaresistens er lett å erverve, men vanskelig å bli kvitt. Ved kopling av resistens og virulens er det oppstått en rekke epidemiske multiresistente bakterier. Klassiske eksempler er verdensomspennende utbrudd med multiresistente kloner av MRSA. Disse bakteriene spres lett blant mennesker og beholder sine resistensgener, også uten at de eksponeres for antibiotika.

Undersøkelser har vist at antibiotikaresistens fører til økte helsekostnader, økt sykelighet og økt dødelighet. Dette gjelder særlig på sykehus, men også i primærhelsetjenesten. En engelsk studie har vist at antibiotikaresistens ved behandling av pasienter med ukompliserte urinveisinfeksjoner var assosiert med lengre sykdomsforløp, gjentatte konsultasjoner, mer antibiotikabruk og vedvarende bakteriuri. Med dette bakteppet er det viktig å påpeke at legemiddelindustrien i dag er langt mindre engasjert i utviklingen av nye antibakterielle midler enn tidligere. Interessen er i større grad rettet mot utviklingen av legemidler for behandling av kroniske sykdommer. Det er derfor ingen selvfølge at vi får nye, effektive grupper av antibiotika de nærmeste årene. Desto viktigere er det å ta vare på de gamle midlene og bruke dem med stor omtanke. Her har alle som forskriver antibiotika et ansvar.