Ny modell kan förutsäga hur bakterier utvecklar antibiotikaresistens

Inom medicin- och läkemedelsforskningen finns ett stort intresse av att kunna förstå hur snabbt och genom vilka mekanismer bakterier utvecklar antibiotikaresistens och hur det i sin tur påverkar bakteriernas tillväxt och förmåga att orsaka sjukdom.

– Med sådan kunskap skulle man bättre kunna följa och bromsa resistensutvecklingen och därmed förlänga tiden som antibiotika kan användas som effektiv behandling vid bakteriella infektioner. Det skulle också skapa möjligheter för att ta fram nya typer av antibiotika och behandlingsmetoder som har lägre risk för resistensutveckling, säger Dan I. Andersson som är professor i medicinsk bakteriologi vid Uppsala universitet.

När en organism genetiskt anpassar sig till en ny miljö sker detta genom mutationer som förändrar dess egenskaper. Andra nyligen gjorda studier har visat att det är mycket svårt att förutsäga vilka sorts mutationer som uppstår när en bakterie anpassar sig till nya levnadsbetingelser. Däremot är det enklare att förutsäga på vilket sätt bakteriens egenskaper förändras. Om en bakterie till exempel hamnar i en ny miljö med mycket låga nivåer av näringsämnen så kan man anta att bakterien som svar på de nya förutsättningarna utvecklas till att bli bättre på att använda de begränsade näringsämnena, medan det är mycket svårare att förutsäga vilka sorts mutationer som leder fram till anpassningen.

Modell för både graden och typen av resistens

I den nya studien har forskarna tagit fram en teoretisk modell där både graden och typen av resistens som bakterien utvecklar kopplas till bakteriens förmåga att tillväxa och dela sig. Forskarna kunde i försök då se att ju mer resistent bakterien blev desto sämre blev dess förmåga att ta upp näringsämnen och tillväxa. Utifrån det här, inte tidigare observerade, sambandet blev det möjligt att förutsäga vilka slags mutationer som skulle uppstå och hur mycket resistens de gav när bakterien utsattes för olika mängder antibiotika. Resultaten visade att vid en låg dos av antibiotika uppstod en viss sorts mutationer medan en hög koncentration gav en annan typ av förändringar.

– Vårt arbete är ett första steg mot att ta fram modeller som kopplar ihop bakteriens metabolism och tillväxt med mekanismer bakom resistens. Det skulle skapa förutsättningar för att förutsäga på vilket sätt bakterierna förändras när de exponeras för antibiotika. Resultaten visar också styrkan i att kombinera teoretiska modeller med experimentella analyser för att förstå hur bakteriers metabolism är optimerad under olika tillväxtbetingelser, säger Dan I. Andersson.

Forskningen har finansierats av Wallenbergstiftelsen och Vetenskapsrådet.