هل أصبت من قبل بعدوى سيئة لا يبدو أنها كانت تختفي؟ أو سيلان الأنف الذي يستمر في العودة؟، ربما كنت تتعامل مع بكتيريا تتحمل المضادات الحيوية، وإن لم تكن تقاومها بعد.

وتعد مقاومة المضادات الحيوية مشكلة كبيرة، حيث ساهمت في وفاة ما يقرب من 1.27 مليون شخص في جميع أنحاء العالم في عام 2019. لكن تحمل المضادات الحيوية يمثل تهديدا خفيا بدأ الباحثون في استكشافه مؤخرا فقط.

ويحدث تحمل المضادات الحيوية عندما تتمكن البكتيريا من البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة بعد تعرضها لمضاد حيوي. وفي حين أن البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية تزدهر حتى في وجود مضاد حيوي، غالبا ما توجد البكتيريا القادرة على التحمّل في حالة نائمة، لا تنمو ولا تموت ولكن تتعايش مع المضاد الحيوي حتى تتمكن من "الاستيقاظ" بمجرد زوال التوتر.

وتدرس ميغان كيلر، وهي عالمة ميكروبيولوجية في جامعة كورنيل، تحمّل المضادات الحيوية، حيث تسعى إلى الكشف عن ما يحفز البكتيريا القادرة على التحمّل للدخول في سبات نائم وقائي. ومن خلال فهم سبب قدرة البكتيريا على التحمل، يأمل الباحثون في تطوير طرق لتجنب انتشار هذه القدرة.

وكانت الآلية الدقيقة التي تميز القدرة على التحمّل بعيدا عن المقاومة غير واضحة. لكن قد تكمن إجابة واحدة محتملة في عملية تم تجاهلها لعقود: كيف تخلق البكتيريا طاقتها.

الكوليرا وتحمل المضادات الحيوية

تم تصميم العديد من المضادات الحيوية لاختراق الدفاعات الخارجية للبكتيريا.

ويمكن للبكتيريا القادرة على التحمّل إزالة جدارها بالكامل وتجنب الضرر تماما. وإذا اختفى التهديد قبل فترة طويلة، يمكن للبكتيريا إعادة بناء جدارها لحمايته من الأخطار البيئية الأخرى واستئناف الوظائف الطبيعية.

ومع ذلك، لا يزال من غير المعروف كيف تعرف البكتيريا زوال تهديد المضادات الحيوية، وما الذي يؤدي بالضبط إلى استيقاظها من جديد.

ويحاول الباحثون في مختبر Dörr بجامعة كورنيل فهم عمليات التنشيط وإعادة الاستيقاظ في البكتيريا المسؤولة عن الكوليرا، Vibrio cholerae. وتتطور مقاومة Vibrio بسرعة ضد أنواع مختلفة من المضادات الحيوية، والأطباء قلقون.

واعتبارا من عام 2010، أصبحت Vibrio مقاومة بالفعل لـ 36 مضادا حيويا مختلفا، ومن المتوقع أن يستمر هذا العدد في الارتفاع.

ولدراسة كيفية تطوير Vibrio للمقاومة، اختير سلالة تتحمل فئة من المضادات الحيوية تسمى Beta-lactams، وهي الكرة المدفعية التي يتم إرسالها لتدمير حصن البكتيريا، وتتكيف Vibrio عن طريق تنشيط اثنين من الجينات التي تزيل جدارها الخلوي مؤقتا.

وبعد إزالة جدار الخلية، تقوم البكتيريا بتنشيط المزيد من الجينات التي تحولها إلى كرات هشة يمكنها البقاء على قيد الحياة من آثار المضاد الحيوي. وبمجرد إزالة المضاد الحيوي أو تحلله، يعود Vibrio إلى شكل قضيبه الطبيعي ويستمر في النمو.

وعند الأشخاص، تُرى عملية التحمّل هذه عندما يصف الطبيب مضادا حيويا، عادة دوكسيسيكلين، لمريض مصاب بالكوليرا. ويبدو أن المضاد الحيوي يوقف العدوى مؤقتا. ولكن بعد ذلك تبدأ الأعراض في الظهور مرة أخرى لأن المضادات الحيوية لم تزيل البكتيريا تماما في المقام الأول.

إن القدرة على العودة إلى طبيعتها والنمو بعد زوال المضاد الحيوي هي مفتاح البقاء على قيد الحياة. ويعد تعريض Vibrio لمضاد حيوي لفترة طويلة بما يكفي من شأنه أن يقتله في النهاية. لكن العلاج القياسي للمضادات الحيوية غالبا لا يكون طويلا بما يكفي للتخلص من جميع البكتيريا حتى في حالتها الهشة.

ومع ذلك، فإن تناول الدواء لفترة طويلة يمكن أن يضر البكتيريا والخلايا السليمة، ما يتسبب في مزيد من الانزعاج والمرض. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي سوء الاستخدام والتعرض المطول للمضادات الحيوية إلى زيادة فرص مقاومة البكتيريا الأخرى الموجودة في الجسم.

البكتيريا الأخرى تطور التحمل

Vibrio ليس النوع الوحيد الذي يظهر القدرة على التحمّل. في الواقع، حدد الباحثون مؤخرا العديد من البكتيريا المعدية التي طورت القدرة على التحمل. ولا تعد عائلة بكتيريا تسمى Enterobacteriaceae، والتي تشمل مسببات الأمراض الرئيسية التي تنقلها الأغذية السالمونيلا، سوى عدد قليل من الأنواع العديدة من البكتيريا القادرة على تحمل المضادات الحيوية.

ونظرا لأن كل بكتيريا فريدة من نوعها، فإن الطريقة التي يطور بها المرء القدرة على التحمل تبدو كذلك. بعض البكتيريا، مثل Vibrio، تمحو جدرانها الخلوية. ويمكن لغيرها تغيير مصادر الطاقة لديها، أو زيادة قدرتها على الحركة أو ببساطة ضخ المضاد الحيوي.

واكتُشف مؤخرا أن عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا، أو الطريقة التي تكسر بها "الطعام" لإنتاج الطاقة، قد تلعب دورا مهما في قدرتها على التحمل. وتتكون الهياكل المختلفة داخل البكتيريا، بما في ذلك جدارها الخارجي، من لبنات بناء معينة مثل البروتينات.

ويؤدي إيقاف قدرة البكتيريا على صنع هذه القطع إلى إضعاف جدارها، ما يزيد من احتمالية تعرضها للضرر من البيئة الخارجية قبل أن تتمكن من تدمير الجدار.

وعلى الرغم من وجود أبحاث كثيرة حول كيفية تطور البكتيريا للقدرة على التحمّل، إلا أن جزءا رئيسيا من اللغز الذي تم إهماله هو كيف يؤدي ذلك إلى المقاومة.

وفي عام 2016، اكتشف الباحثون كيفية جعل البكتيريا قادرة على التحمّل في المختبر. وبعد التعرض المتكرر لمضادات حيوية مختلفة، تمكنت خلايا الإشريكية القولونية من التكيف والبقاء على قيد الحياة. والحمض النووي، المادة الوراثية التي تحتوي على تعليمات لوظيفة الخلية، جزيء هش.

وعندما يتلف الحمض النووي بسرعة بسبب الإجهاد، مثل التعرض للمضادات الحيوية، فإن آليات إصلاح الخلية تميل إلى التسبب في حدوث طفرات يمكن أن تخلق المقاومة والقدرة على التحمّل.

ونظرا لأن الإشريكية القولونية تشبه العديد من الأنواع المختلفة من البكتيريا، فقد كشفت نتائج هؤلاء الباحثين أنه، من سخرية القدر، يمكن لأي بكتيريا بشكل أساسي تطوير التحمل إذا تم دفعها إلى أقصى حدودها بواسطة المضادات الحيوية التي تهدف إلى قتلها.

وكان الاكتشاف الرئيسي الأخير هو أنه كلما طالت مدة قدرة البكتيريا على التحمل، زادت احتمالية تطويرها للطفرات التي تؤدي إلى المقاومة. ويسمح التسامح للبكتيريا بتطوير طفرة مقاومة تقلل من فرص قتلها أثناء العلاج بالمضادات الحيوية. وهذا مهم بشكل خاص للمجتمعات البكتيرية التي تظهر غالبا في الأغشية الحيوية التي تميل إلى تغطية الأسطح العالية اللمس في المستشفيات.

ويدعو الباحثون إلى مزيد من البحث في تحمل مضادات الحيوية على أمل أن يؤدي ذلك إلى علاجات أكثر قوة في كل من الأمراض المعدية والسرطانات.