15.2 : اختيار المضادات الحيوية

نظره عامه

يستخدم الباحثون جينات مقاومة المضادات الحيوية لتحديد البكتيريا التي تمتلك بلازميداً يحتوي على الجينات التي تهمهم. تحدث مقاومة المضادات الحيوية بشكل طبيعي عندما تقوم طفرة تلقائية في الحمض النووي بإحداث تغييرات في الجينات البكتيرية التي تقضي على نشاط المضادات الحيوية. يمكن للبكتيريا مشاركة جينات المقاومة الجديدة هذه مع نسلها والبكتيريا الأخرى. تسبب الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وإساءة استخدامها في حدوث أزمة صحية عامة ، حيث تستمر البكتيريا المقاومة والمتعددة المقاومة في التطور.

مقاومة المضادات الحيوية هي أداة أساسية في الهندسة الوراثية

المضادات الحيوية ، مثل البنسلين ، هي عقاقير تقتل أو توقف نمو البكتيريا. لا تستجيب البكتيريا التي اكتسبت جينات مقاومة للمضادات الحيوية بشكل طبيعي أو اصطناعي للمضادات الحيوية. يستغل العلماء هذا من خلال تصميم البلازميدات _ قطع صغيرة ذاتية التكرار من الحمض النووي _ التي تحمل كلا من الجين المقاوم للمضادات الحيوية والجين محل الاهتمام. تعد مقاومة المضادات الحيوية جزءاً لا يتجزأ من استنساخ الحمض النووي الذي يسمح للباحث بتحديد الخلايا التي امتصت الحمض النووي محل الاهتمام.

يتم إدخال الحمض النووي ذي الاهمية للباحث في الخلايا البكتيرية باستخدام عملية تسمى التحول. يتضمن التحول البكتيري إنشاء ثقوب صغيرة مؤقتاً في جدار الخلية البكتيرية للسماح بامتصاص الحمض النووي الخارجي مثل البلازميد. تمتص بعض الخلايا البكتيرية فقط الحمض النووي الجديد. نظراً لأن البلازميد يشتمل على كل من الحمض النووي ذي الأهمية والجين الذي يمنح مقاومة مضاد حيوي معين ، فإن تطبيق المضاد الحيوي على الخلايا البكتيرية (أي اختيار المضاد الحيوي) يمكن أن يساعد في تحديد الخلايا التي تم تعديلها وراثياً.

ينشر الباحث الخلايا البكتيرية على طبق مزرعة تحتوي على مضاد حيوي مختار. فقط البكتيريا التي تحتوي على الجين المقاوم للمضادات الحيوية تعيش وتنمو على الطبق. بعد بضعة أيام ، يمكن للباحث اختيار مستعمرة بكتيرية لاستنباتها لإجراء مزيد من التجارب _ مثل دراسات التعبير الجيني. بعد اختيار المضاد الحيوي ، سيقوم الباحث باختبار البكتيريا باستخدام طرق أخرى (على سبيل المثال ، PCR) للتأكد من صحة الحمض النووي محل الاهتمام. غالباً ما تحدث أخطاء مثل عدم احتواء البلازميد على الجين المعني على الإطلاق.

يمكن أن تكتسب البكتيريا مقاومة المضادات الحيوية بشكل طبيعي

يمكن أن تكتسب البكتيريا مقاومة المضادات الحيوية من خلال طفرات الحمض النووي العفوية التي تغير البروتينات التي تنتجها الخلية. قد تنتج البكتيريا المقاومة بروتينات تتسبب في تحلل المضاد الحيوي أو ضخه خارج الخلية أو منعه من التفاعل مع هدفه. على سبيل المثال ، يمنع فانكومايسين المضاد الحيوي تخليق جدار الخلية البكتيرية. طورت بعض البكتيريا مقاومة لهذا المضاد الحيوي عن طريق تغيير أنواع وحدات البروتين الفرعية _الأحماض الأمينية _ المستخدمة في تجميع جدارها الخلوي إلى تلك التي لا تتأثر بالفانكومايسين.

بمجرد ظهور جينات مقاومة المضادات الحيوية ، يمكن للبكتيريا أن تنقلها إلى نسلها. يمكن أن تكتسب البكتيريا أيضاً جينات مقاومة للمضادات الحيوية من بكتيريا أخرى من نفس النوع أو من أنواع مختلفة من خلال عملية تسمى نقل الجينات الأفقي (HGT). هناك ثلاث آليات لـ نقل الجينات الأفقي: التحويل ، الاقتران ، والتنبيغ. غالباً ما توجد جينات مقاومة المضادات الحيوية في البلازميدات أو الترانسبوزونات _ قطع من الحمض النووي التي تنتقل بسهولة بين البكتيريا _ والتي يتم تبادلها أثناء نقل الجينات الأفقي. نتيجة لذلك ، يمكن أن تنتشر أنواع جديدة من مقاومة المضادات الحيوية بسرعة إلى أنواع متعددة من البكتيريا المعدية.

الإفراط في الاستخدام السريري للمضادات الحيوية وإساءة استخدامها يؤدي إلى إنتاج ”الجراثيم الخارقة“

تعد المضادات الحيوية علاجاً مهماً للعدوى البكتيرية. ومع ذلك ، يمكن أن يتسبب استخدامها في أن تصبح البكتيريا مقاومة ويجعل المضاد الحيوي غير فعال ، مما يؤدي إلى التهابات غير قابلة للعلاج وقد تكون مميتة. الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وإساءة استخدامها _ على سبيل المثال ، استخدام المضادات الحيوية لعلاج الالتهابات الفيروسية (وليس البكتيرية) أو لزيادة نمو الماشية _ يمثل مشكلة لأنه يعزز المقاومة.

تتسبب المضادات الحيوية في تطور المقاومة لأنها تقتل البكتيريا الحساسة وتترك الأفراد المقاومين فقط. تنقسم البكتيريا الباقية على قيد الحياة بسرعة ، وتنتج ذرية بنفس مقاومة المضادات الحيوية. عندما يتم الإفراط في استخدام المضادات الحيوية ، يؤدي ضغط الاختيار هذا إلى ارتفاع عدد البكتيريا المقاومة في الكتل السكانية بسرعة. هذا مصدر قلق كبير للصحة العامة لأنه يزيد من مقاومة المضادات الحيوية ويخلق ”جراثيم خارقة“. التي تقاوم العديد من المضادات الحيوية. قد يؤدي استمرار الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وإساءة استخدامها في نهاية المطاف إلى استنفاد خيارات العلاج للعدوى البكتيرية.