חיים בסרט: כך החיידקים מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה

האנושות נמצאת במשבר רפואי. במלחמה בינינו לבין חיידקים גורמי מחלות, ידם על העליונה. החיידקים הנחשפים לאנטיביוטיקות מפתחים עמידות נגדן – כפי שחוזה תיאוריית האבולוציה – ואנו נותרים בלי אמצעי הגנה. במחקר שפורסם ב-Science חוקרים מבית הספר לרפואה בהרווארד ומהטכניון מציגים דרך לצפות בחיידקים בשעה שהם עושים זאת: נודדים בסביבה, פוגשים ריכוזים שונים של אנטיביוטיקה ומפתחים עמידות נגדה.

עידן האנטיביוטיקה, שהתחיל לפני קרוב ל-90 שנים חולל מהפכה ברפואה. פתאום היה בידי הרופאים כלי עוצמתי, בטוח וקל לשימוש למיגור מחלות חיידקיות ולהצלת חיים רבים מספור. אך יעילותו של כלי זה הייתה קצרת מועד – מינים רבים של חיידקים פיתחו עמידות לטיפול וכעת נראה שאנחנו עומדים בפני סופו של העידן הזה.

בישראל לפחות 5,000 איש מתים מדי שנה מחיידקים עמידים שנדבקו בהם בבתי החולים. רק בחודשים האחרונים התבשרנו כי התגלו בארצות הברית חיידקי אי קולי (Escherichia coli) עמידים לקוליסטין, אנטיביוטיקת “מוצא אחרון”. המרכז האמריקאי לבקרת מחלות ומניעתןהזהיר כי בקרוב לא נוכל לטפל בחיידק Neisseria gonorrhoeae, הגורם לזיבה, ואף ארגון הבריאות העולמי התייחס לכך.

הופעתה המהירה של העמידות לאנטיביוטיקה היא דוגמה יפה לאבולוציה בדרך של ברירה טבעית. כמו כל יצור אחר, בכל פעם שחיידקים מתרבים יכולים להתרחש שינויים ב-DNA, מוטציות. לעתים, אם החיידק בר-מזל במיוחד, מוטציה כזו תעניק לו עמידות מסוימת לאנטיביוטיקה.

כשאנחנו משתמשים באנטיביוטיקה היא משמידה את החיידקים הרגישים לה, אך המוטנטים העמידים שורדים. מאחר שהם יכולים לנדוד ולנצל משאבים באזורים שחסומים בפני אחיהם הרגישים – הם גם משגשגים. בכל שימוש שלא לצורך באנטיביוטיקה (בחקלאות וברפואה) ובכל פעם שאנו מפסיקים את הטיפול לפני הזמן, אנו עוזרים לחיידקים העמידים לשגשג ולהתפשט ומבטיחים כי בעתיד האנטיביוטיקה תהיה פחות יעילה, אם בכלל.

עמידות קולנועית

כדי לצפות בחיידקים מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה בעודם נעים בסביבות שונות הקימו מייקל ביים (Baym), רועי קישוני (Kishony) ועמיתיהם זירה גדולה במיוחד (Microbial Evolution and Growth Arena, או בקיצור MEGA) בהשראת קמפיין פרסומי לסרט “התפשטות”. זירת הניסוי היא מעין צלחת פטרי ענקית, 120×60 סנטימטרים, שריכוז האנטיביוטיקה במצע הגידול שלה נמוך בקצוות ועולה ככל שמתקרבים למרכז, עד פי אלף מהריכוז בשוליים.

החיידקים שנזרעו בזירה ניזונו מחומרי המזון בסביבתם ולאחר שכילו אותם נדדו לחלקים אחרים באגר – עד שנתקלו באזור עם ריכוז אנטיביוטיקה גבוה מדי, שאליו הם לא יכלו להיכנס. תוך זמן קצר, מקצת החיידקים שהופיעו אצלם מוטציות המקנות עמידות לאנטיביוטיקה, הצליחו לחדור לאזור הראשון והתפשטו בו תוך שהם מכלים את המזון בו, וזאת עד שנתקלו שוב באזור שבו ריכוז האנטיביוטיקה היה גבוה מדי. התהליך חזר על עצמו בכל אזור ולבסוף התקבלו מוטנטים עמידים שהצליחו לחיות ולשגשג באזור עם הריכוז הגבוה ביותר של אנטיביוטיקה.

כל התהליך התרחש במהירות מרשימה – תוך פחות מ-12 יום, ואפשר לראותו בסרטון בהילוך מואץ שיצרו החוקרים:

עמידים מספיק

העמידות שפיתחו החיידקים גדלה בהדרגה. כאשר החוקרים חזרו על הניסוי עם שני אזורים בלבד – אחד בלי אנטיביוטיקה ואחד עם הריכוז הגבוה ביותר – לא הופיעו חיידקים עמידים.

החוקרים מיפו גנטית חיידקים מאזורי עמידות שונים וכך יכלו לעקוב אחר הופעת המוטציות והתפתחות העמידות. הם מצאו שינויים בכמה גנים הידועים כמעורבים בעמידות לאנטיביוטיקה ואף גילו שלושה גנים שעד עתה לא היה ידוע שהם מקנים עמידות. כדי לאשש זאת הם השתילו את הגנים האלה בחיידקים רגישים לאנטיביוטיקה, והראו כי הדבר הקנה להם עמידות.

מעקב אחר הסרטון והמיפוי הגנטי הראו שבשלב הראשון הופעת העמידות באה לרוב על חשבון קצב גדילתם, ולכן גם על חשבון יכולתם להתפשט לאזורים חדשים. לאחר התפתחות העמידות הופיעו בחיידקים מוטציות שאפשרו להם לחזור לקצב הגידול הרגיל שלהם. לעתים המוטציות החדשות גם חיזקו עוד את העמידות לאנטיביוטיקה, וכך נוצרו חיידקים ברמות שונות של עמידות. הם הופתעו לגלות כי בחלק מהמקרים החיידק שניצח בתחרות על מקורות מזון פנויים וחדשים לא היה החיידק בעל העמידות הרבה ביותר, אלא דווקא חיידק עמיד מספיק ומהיר יותר, שכבש אותם ראשון.

כשהחוקרים בדקו את עמידותם של החיידקים, הם ראו שגם העמידים ביותר וגם העמידים מספיק הסתדרו היטב בריכוזי אנטיביוטיקה גבוהים, מה שחיזק את ההשערה שקצב ההתפשטות עשוי להיות הגורם המכריע בהשגת המשאבים באזורים האלה.

הזירה הענקית שהקימו החוקרים לא מדמה באופן מושלם את הסביבה האמיתית אך היא מדגימה כיצד הם מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה בסביבה מורכבת. כמו כן, הסרטון מראה כיצד בתנאים המתאימים חיידקים עוברים אבולוציה ומפתחים עמידות במהירות מדהימה. אם נמשיך לתת להם הזדמנויות לכך בעולם האמיתי, מחוץ לזירה של החוקרים, יתכן כי בקרוב החיידקים יעמדו בפני כל אנטיביוטיקה וישובו להיות בלתי מנוצחים.