كيف تعمل المضادات الحيوية، وكيف تتطور مقاومة المضادات الحيوية؟

المضادات الحيوية هي نوع أساسي من الأدوية تُستخدم لعلاج ومنع العدوى البكتيرية، ولكن استخدام هذه الأدوية مهدد بارتفاع مستويات مقاومة المضادات الحيوية.

ما هي الأنواع المختلفة من المضادات الحيوية، وكيف تعمل؟ علاوة على ذلك، كيف تتطور مقاومة المضادات الحيوية وتنتشر؟

في هذا المقال، سأعرض وأصف هذه الآليات بإيجاز.

من خلال فهمها بشكل أوضح، سيكون لدينا تقدير أفضل لكيفية كون المقاومة تهديدًا، ولماذا قد تظل البكتيريا عرضة للمضادات الحيوية، وكيفية تطوير مضادات حيوية وتقنيات جديدة يمكن أن تتجنب المقاومة.

كيف تعمل المضادات الحيوية؟
تتنافس البكتيريا مع بكتيريا أخرى للحصول على الموارد مثل المغذيات والمساحة. بعض البكتيريا تنتج مضادات حيوية لقمع أو قتل المنافسين، مما يمنحها ميزة. تستهدف هذه المضادات الحيوية عمليات محددة في خلايا البكتيريا تعتبر حاسمة للنمو والتكاثر أو الاستقرار.

العديد من المضادات الحيوية التي نستخدمها اليوم تأتي من الطبيعة — من بكتيريا تنتج مركبات للتنافس مع بعضها البعض — وقد استخدمنا هذا لصالحنا. ولكن هذه البكتيريا في سباق تسلح أيضًا، وقد طورت طرقًا لمقاومة المضادات الحيوية.

لنلقي نظرة عن كثب على هذه الآليات.

تستهدف فئات مختلفة من المضادات الحيوية ميزات مختلفة في البكتيريا، كما يظهر الرسم البياني أدناه. على سبيل المثال، المضادات الحيوية من فئة البيتا-لاكتام، مثل البنسلين، تمنع إنتاج ""طبقة البيبتيدوجليكان""، وهي مكون أساسي في جدران خلايا البكتيريا. هذا يضعف الجدار، مما يتسبب في انفجار البكتيريا.

مثال آخر هو التتراسيكلينات، التي تكون فعالة ضد العديد من البكتيريا الموجبة والسالبة الجرام. تستهدف التتراسيكلينات ""الريبوسومات""، التي تبني البروتينات وهي ضرورية لنمو البكتيريا وبقائها.

كيف تطور البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية؟
للأسف، يمكن للبكتيريا أن تطور مقاومة للمضادات الحيوية. على سبيل المثال، يمكنها إنتاج إنزيمات تسمى ""بيتا-لاكتامازات"" تقوم بتفكيك المضادات الحيوية من فئة البيتا-لاكتام. كما يمكن للبكتيريا أيضًا إنتاج بروتينات تقوم بضخ مضادات التتراسيكلين خارج خلاياها.

لمواجهة ذلك، غالبًا ما يصف الأطباء مضادات حيوية من الجيل الثاني أو الثالث، التي تقاومها البكتيريا بدرجة أقل. كما قد يصفون علاجات تجمع بين المضادات الحيوية وأدوية إضافية لمكافحة مقاومة البكتيريا، مثل الجمع بين البيتا-لاكتام مع مثبطات البيتا-لاكتاماز. ومع ذلك، يمكن للبكتيريا التكيف مع هذه العلاجات أيضًا بمرور الوقت.

يوضح الرسم البياني أدناه أربع طرق لتطور مقاومة المضادات الحيوية.

كما ترى في أعلى اليسار من الرسم التوضيحي، يمكن للبكتيريا تطوير مقاومة من خلال ""الابتكار الجديد"" — مثل الطفرات العفوية في الحمض النووي أو إعادة الترتيب. كما يمكنها الحصول على المقاومة من بكتيريا أخرى من خلال ""النقل الجيني الأفقي"" — ويشمل ذلك الاقتران (النقل المباشر)، التحول (عبر العاثيات)، أو التحول (امتصاص الحمض النووي من البيئة).

يمكن للبكتيريا المقاومة أيضًا أن تتفاعل مع بكتيريا أخرى في بيئتها وتؤثر على تطورها. أحيانًا، قد تتمكن البكتيريا أيضًا من البقاء إذا أنتجت بكتيريا قريبة مركبات تساعدها على تجنب المقاومة أيضًا.

أخيرًا، يمكن للبكتيريا المقاومة أن تهاجر بين البيئات أو الأماكن في نفس العائل.

تتيح هذه الآليات للبكتيريا التكيف بسرعة ومشاركة آليات المقاومة، بما في ذلك بين الأنواع المختلفة.

تأتي آليات المقاومة مع تكاليف للبكتيريا أيضًا: على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي إنتاج الإنزيمات مثل بيتا-لاكتاماز أو الحفاظ على مضخات البروتين إلى استهلاك الطاقة أو الموارد، مما قد يبطئ نمو البكتيريا.

إذا كانت فوائد البقاء على قيد الحياة بعد التعرض للمضادات الحيوية تفوق التكاليف، فقد تهيمن البكتيريا المقاومة مع مرور الوقت.

ولكن في بعض أنواع البكتيريا، تتطور المقاومة ببطء أو لا تتطور على الإطلاق بسبب التكاليف أو القيود التطورية. على سبيل المثال، لا تزال بكتيريا الزهري عرضة للبنسلين، وكذلك التهابات المكورات العقدية من المجموعة أ عادةً.

هناك عدة أسباب قد تجعل البكتيريا تستمر في كونها عرضة للمضادات الحيوية. قد تفتقر إلى القدرة الجينية أو الأيضية لإنتاج الإنزيمات أو المضخات أو آليات المقاومة الأخرى دون الإضرار بقدرتها على النمو والتكاثر. أو قد تفتقر إلى القدرة على اكتساب المقاومة من بكتيريا أخرى من خلال النقل الجيني الأفقي. يمكن أن تؤدي هذه القيود إلى إبطاء أو منع ظهور المقاومة في بعض الأنواع البكتيرية.

على الرغم من أن المقاومة غالبًا ما تتطور خلال أيام إلى أسابيع في المختبرات، إلا أن الأمر يستغرق وقتًا أطول لتتطور في الأفراد (من أيام إلى شهور) وأكثر من ذلك لتنتشر عبر السكان (من أسابيع إلى سنوات).

تستمر سباق التسلح بين المضادات الحيوية والبكتيريا لأن المضادات الحيوية تخلق ضغطًا انتقائيًا. قد تكون البكتيريا التي تطور آليات مقاومة أكثر احتمالًا للبقاء على قيد الحياة والتكاثر ونقل جينات المقاومة الخاصة بها.

فهم هذه الآليات يساعدنا في استخدام المضادات الحيوية بشكل أكثر فعالية من خلال اختيار المضادات الأكثر فعالية ضد البكتيريا المحددة.

كما يساعدنا في التعرف على المقاومة - حيث نرى أن مقاومة المضادات الحيوية شائعة ويمكن أن تُنقل بين البكتيريا. لكن المضادات الحيوية لا تزال فعالة، خاصة إذا تم استخدامها بعناية أو إذا كانت المقاومة تأتي مع تكاليف كبيرة للبكتيريا.

وأخيرًا، يمكننا الاستفادة من سباق التسلح بين البكتيريا والمضادات الحيوية في الطبيعة، مثل تطوير تقنيات جديدة تجعل من الصعب جدًا على مقاومة المضادات الحيوية التطور.

المصدر: 
Saloni Dattani (2024) - “How do antibiotics work, and how does antibiotic resistance evolve?” Published online at OurWorldinData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/how-do-antibiotics-work' [Online Resource]