Resistenta bakterier — ett hot mot mänskligheten Jonas Stenhoff

Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Resistenta bakterier — ett hot mot mänskligheten
Jonas Stenhoff
Bakterier är nödvändiga för människan på många sätt. De är närvarande i stort sett överallt i vår omgivning
och finns även i stor mängd inuti oss (ca 2 kg). Dessa inneboende är helt nödvändiga för att vi skall överleva.
Bland annat hjälper de oss med att bryta ned vissa substanser vi får i oss via födan som vi inte kan bryta ned
själva. Dock är det viktigt att bakterierna håller sig till de platser i kroppen där de får vara, t.ex. i magtarmkanalen.
De får inte heller äta upp näringsämnen som människan behöver eller producera ämnen som är
skadliga för oss. Händer detta blir vi sjuka.
Beroende på vilken bakterie det är som åsamkar oss en sjukdom kan läkarna välja på en mängd olika s.k.
antibiotika. Antibiotika är ämnen, producerade av mikroorganismer eller syntetiserade av kemikalier, med
förmåga att hindra bakterieväxt eller döda bakterier. Bakteriers förmåga att stå emot och överleva behandling
med antibiotika är dock ett tilltagande bekymmer. Detta beror ofta på bakteriers förmåga att snabbt anpassa
sig, och därmed överleva under nya omständigheter. Ett exempel på detta kan vara att en patient inte sköter
sin medicinkur ordentligt. Detta kan då leda till att den sjukdomsalstrande bakterien inte dödas utan i stället
anpassar sig till att leva i närvaro av antibiotika; den utvecklar resistens.
Bakteriers resistens mot antibiotika har många olika grunder. För det första omger sig bakterier med en
cellvägg som kan vara svårgenomtränglig för antibiotika. Det kan även finnas vissa proteiner inne i
bakteriecellen som kan bryta ned och oskadliggöra antibiotika. Därtill finns andra proteiner som kan fånga
upp antibiotikamolekyler inne i bakteriecellen och föra ut dem ur cellen igen, så kallade efflux-pumpar. Ett
annat sätt är att bakteriens DNA muteras på vissa specifika platser. Eftersom DNA är informationen utifrån
vilken proteiner tillverkas kan en mutation ändra ett proteins uppbyggnad. Om denna ändring i proteinets s.k.
aminosyrasekvens sker på den plats där ett antibiotikum vanligtvis binder till proteinet, och hindrar det från
att fungera, kan detta leda till att detta antibiotikum inte längre verkar.
I mitt examensprojekt har jag studerat två gener i en bakterie vid namn Pseudomonas aeruginosa.
Pseudomonas aeruginosa kan förorsaka urinvägs-, sår- och luftvägsinfektioner i människor vars
immunförsvar är försvagat. Speciella riskgrupper är bl.a. patienter med cystisk fibros, cancerpatienter samt
patienter som behöver lång vistelse på intensivvårdsavdelningar. De två generna heter gyrB och parE . Dessa
kodar var för sig för delar av ett protein, s.k. subenheter, som sedan tillsammans med andra subenheter utgör
ett fungerande protein. Två GyrB-subenheter bildar tillsammans med två GyrA-subenheter ett protein som
heter gyras vilket har till uppgift att underhålla strukturen på DNA:t i cellen. På liknande sätt bildar två ParEsubenheter
tillsammans med två ParC-subenheter ett protein vid namn topoisomeras IV. Detta proteins
huvudsakliga funktion är att frigöra DNA som sitter ihop, t.ex. efter en replikation, så att bakterien sedan kan
dela sig och bilda två bakterier, båda med varsin kromosom.
Man har tidigare visat att vissa mutationer i gyrA och parC gör att en grupp antibiotika vid namn kinoloner
inte verkar lika effektivt. Vår frågeställning var om mutationer i de andra subenheterna GyrB och ParC
bidrog till resistensen. I de 20 kliniska stammar av Pseudomonas aeruginosa jag studerade med hjälp av
DNA-sekvensering hittades några mutationer i gyrB och parC som eventuellt kan bidra till kinolonresistens.
Dock återstår att testa om de verkligen är resistensgivande vilket görs genom att man ersätter den normala
genen i en icke-resistent bakterie med en gen som har den mutation man vill testa. Ökar bakteriens resistens
då antyder det att mutationen verkligen är en bidragande faktor till resistensen. Det är viktigt att kartlägga
möjliga resistensgivande mutationer eftersom man genom denna kunskap kan få möjlighet att tillverka nya
antibiotika som verkar på andra delar av proteinet. Dessutom kan man avgöra huruvida vissa antibiotika skall
användas, t.ex. om de bör undvikas p.g.a. att bakterier lätt muterar som svar på dem eller om en blandning av
olika antibiotika (en cocktail) ger ett bättre behandlingsresultat.
Swedish official title: Mutationer i gyrB och parE generna i florokinolonresistenta stammar av
Pseudomonas aeruginosa
Swedish credits: 20p
E-mail address of first author: jonas.stenhoff@klkemi.mas.lu.se
Supervisor: Doc. Lars-Olov Hedén , Dept. of Microbiology
Submission date/time: 2001-11-27

Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Mutations in the gyrB and parE Genes in Fluoroquinolone Resistant
Isolates of Pseudomonas aeruginosa
Jonas Stenhoff
Biology, Microbiology
Spring 2000
Abstract in English
Alterations in the target enzymes DNA gyrase and topoisomerase IV and/or reduction of the
intracellular concentration of antibiotics due to efflux systems constitute the principal mechanism of
quinolone resistance in bacteria. In this study we examined 19 clinical strains of Pseudomonas
aeruginosa for mutations in the genes gyrB and parE , encoding the corresponding subunits of
gyrase and topoisomerase IV, respectively. A previous study by Jalal and Wretlind had shown these
strains to harbour mutations in other genes participating in fluoroquinolone resistance. Therefore,
the aim of this study was to determine the relative contribution of mutations in gyrB and parE to
quinolone resistance.
Sequence analysis showed that four strains had mutations in gyrB with possible connection to
quinolone resistance. Three strains harboured novel parE mutations situated in the putative
quinolone resistance determining region of the gene. Our data support the hypothesis that high-level
resistance is the result of an accumulation of mutations in the target genes and/or efflux systems.