Czy ludzkość zostanie wybita przez bakterie? I jaki to ma związek z katastrofą klimatyczną?

O związkach pomiędzy antybiotykoopornością a zmianami klimatycznymi dla witryny „Nature” pisze Carissa Wong.

Te dwa problemy się łączą

Mikrobiolożka Adwoa Padiki Nartey bada odporność na antybiotyki na Uniwersytecie Ghany i o związkach tego zjawiska ze zmieniającym się klimatem miała nieszczęście przekonać się na własnej skórze.

W 2021 roku nabawiła się ostrej infekcji migdałków. Podobną przeszła rok wcześniej, jednak tym razem skuteczne wtedy antybiotyki nie zadziałały. Badaczka jest przekonana, że uodpornienie się szczepów na antybiotyki nastąpiło na skutek zmiany klimatu, która przyniosła Ghanie częste ulewy, co stworzyło dogodne warunki dla rozwoju bakterii. Także tych antybiotykoopornych.

Na szczęście Nartey w końcu wyleczono – udało się to przy pomocy zastosowania dwóch różnych antybiotyków.Jednak problem potencjalnie częstszych zakażeń, z którymi medycyna nie będzie się w stanie uporać, pozostaje. Badaczka przyznaje, że częstsze niż kiedyś powodzie nie pomagają w tej sprawie. Rozprzestrzeniają bakterie z kanalizacji do źródeł wody pitnej.

Nie tylko Nartey zwróciła uwagę na fakt, że poza wszystkimi innymi opłakanymi skutkami, zmiany klimatyczne przynoszą nam w pakiecie także antybiotykooporność. Podobnego zdania jest m.in. biolożka ewolucyjna z Uniwersytetu Kalifornijskiego, Pamela Yeh. „Zmiany klimatyczne i antybiotykooporność to dwa największe problemy medycyny naszych czasów. Nauka zaczęła się przyglądać, jak się ze sobą łączą” – powiedziała.

Prosty zabieg będzie mógł cię zabić?

„Jeśli szybko nie przeciwdziałamy temu problemowi, to w niedalekiej przyszłości poród czy prosty zabieg chirurgiczny będą w stanie nas zabić” – przewiduje Yeh, a na poparcie swoich słów może przytoczyć bardzo konkretne liczby. Według raportu opublikowanego w 2022 roku przez Światową Organizację Zdrowia (WHO), w ciągu trzech lat – od 2017 do 2020 roku – zakażenia krwi u ludzi wywołane bakteriami Neisseria gonorrhoea, Escherichia coli i Slamonelli stały się o 15 proc. częstsze.

Kluczowe w przypadku zjawiska antybiotykooporności jest nadużywanie antybiotyków – zarówno u ludzi, jak i u innych zwierząt oraz roślin. Podanie niewłaściwego antybiotyku, albo właściwego, ale nie w wystarczającej dawce sprawia, że bakterie mają czas, aby mutować, rozwijać swoją odporność na antybiotyki i się namnażać.

Zmieniający się klimat jest dużym sprzymierzeńcem wyżej opisanego schematu. Katastrofy, które pojawiają się na skutek ekstremalnych zjawisk pogodowych, ograniczają dostęp do czystej wody. Brak higieny skutkuje zwiększoną liczbą wszelakich zakażeń, a to z kolei – zwiększonym spożyciem antybiotyków. To zaś zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia antybiotykooporności.

Przykład? W ubiegłym roku zespół mikrobiolożki Rity Colwell z Uniwersytetu Maryland opublikował badanie, w którym wykazał, że na skutek śmiercionośnego huraganu w wodach u wybrzeży Florydy wzrosła liczba gatunków, także antybiotykoopornych, bakterii Vibrio. Odpowiedzialny jest za to silny wiatr, roznoszący dla nich pożywkę – składniki odżywcze z osadów morskich.

Niejasna rola wysokich temperatur

Związek pomiędzy klimatem a aktywnością bakterii badał także zespół mikrobiologa Lianpinga Yanga z chińskiego Uniwersytetu Sun Yat-sen. Najpierw wytypowano trzy bakterie, które są głównymi winowajcami odpornych na antybiotyki zakażeń szpitalnych –Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae i Pseudomonas aeruginosa. Następnie zespół porównał dane bakteryjne zebrane od chorych leczonych w 28 prowincjach Chin z informacjami na temat średnich temperatur powietrza.

Naukowcy dokonali korekty pod kątem innych czynników, które mogą mieć wpływ na odporność bakterii na antybiotyki – poziomu spożycia antybiotyków, średniej wilgotności, rocznych opadów i gęstości zaludnienia. Co się okazało? Każdy wzrost temperatury o 1°C zwiększał o 14 proc. odsetek próbek zawierających bakterie Klebsiella pneumoniae odporne na antybiotyk, który stosuje się w momencie, kiedy wszystkie inne zawiodą – karbapenam. W przypadku szczepu Pseudomonas aeruginosa odsetek ten zwiększał się o 6 proc. Temperatura nie miała wpływu na odporność bakterii Acinetobacter baumannii.

Podobne badania przeprowadził wcześniej zespół mikrobiologa Dereka MacFaddena z Uniwersytetu w Ottawie. Naukowcy analizowali dane z 41 stanów USA i 28 krajów Europy i zauważyli, że odporność na antybiotyki jest w minimalnym stopniu powiązana z wyższymi średnimi temperaturami. Jednak związku przyczynowego pomiędzy tymi dwoma zjawiskami nie udało się wykazać.

Jednak MacFadden nie chce całkowicie wykluczać takiej zależności. „Stopniowy wzrost średniej temperatury może zwiększać tempo wzrostu bakterii i przyspieszać ich ewolucję. Istnieją badania, które wykazują, że w ciepłych warunkach bakteriom łatwiej dzielić się genami, w tym tymi odpowiadającymi za antybiotykooporność” – przekonuje.

Wszystko to jest dużo bardziej skomplikowane

Powiązania pomiędzy temperaturą a odpornością na antybiotyki są najprawdopodobniej bardzo złożone. Zdaniem Yanga, możliwy jest scenariusz, w którym ocieplanie się kuli ziemskiej wywołuje zmiany genetyczne u bakterii, pozwalające im uodparniać się na antybiotyki.

Temat bada także wspomniany już zespół biolożki ewolucyjnej Pameli Yeh. W 2018 roku zajmował się bakterią E.coli. Ta najlepiej rozmnaża się w temperaturze 41°C. Badacze część szczepów wystawiali na temperaturę 44°C, a część – na działanie 12 antybiotyków, podawanych w dawce niewystarczającej, aby zahamować wzrost bakterii, ale ich nie zabić. Okazało się, że na te dwa różne stresory organizmy reagowały w ten sam sposób – produkowały więcej białek „szoku cieplnego”, które pomagają w prawidłowym fałdowaniu innych białek oraz, jak twierdzi Yeh, pozwalają im także przetrwać atak antybiotykowy. Yeh nazywa grupę antybiotyków, które imitują ciepłe warunki, „gorącymi lekami”.

W przypadku niskich temperatur występuje analogiczne zjawisko. E.coli grupy Yeh były wystawiane także na temperaturę 22°C, na skutek czego zwiększyły produkcję białek „zimnego szoku”. W podobny sposób bakterie te reagują na niektóre antybiotyki, np. tetracyklinę.

O czym świadczą te badania? Wniosek, który z nich płynie, odnosi się do bakterii, które wyewoluowały w skrajnych warunkach pogodowych – mogą być one bardziej uodpornione na niektóre antybiotyki. Jednak wyniki tych eksperymentów nie są jednoznaczne i zespół nie zdecydował się jeszcze na ich opublikowanie – niektóre szczepy „stresowane” cieplejszą temperaturą wykazywały zależności wręcz odwrotne – były bardziej podatne na „gorące leki”. Yeh jest zdania, że powiązania pomiędzy temperaturą a antybiotykoopornością są dużo bardziej złożone.

Sztuczna inteligencja i praca u podstaw

Zagadnienie komplikuje się dodatkowo, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że skrajne warunki pogodowe mają wpływ na zachowania ludzkie. Mikrobiolożka Soojin Jang z Koreańskiego Instytutu Pasteura zauważa, że kiedy na zewnątrz robi się nieznośnie ciepło, obywatele Korei Południowej najczęściej nie wychodzą z domów. To sprzyja namnażaniu się bakterii, które szczególnie chętnie rozprzestrzeniają się pomiędzy ludźmi zamkniętymi razem w jednym pomieszczeniu. Może to zarówno pomóc w rozwoju już odpornym szczepom, jak i zwiększyć ryzyko pojawienia się odporności u tych, które do tej pory jej nie wykazywały.

Obecnie zespół Jang prowadzi badania, podczas których pobierane są próbki z publicznych toalet, pociągów i autobusów. W ciągu najbliższej dekady badacze będą porównywać wskaźniki odporności na antybiotyki z takimi czynnikami jak lokalna temperatura powietrza i zachowania społeczne. Mają nadzieję ustalić, w jaki dokładnie sposób zmiany klimatyczne korelują z antybiotykoopornością.

Według Rity Colwell, tej, która badała bakterie u wybrzeży Florydy, takie wysiłki połączyć można z danymi klimatycznymi i pogodowymi i dzięki temu przewidywać ryzyko wystąpienia epidemii. W 2023 roku jej zespół opublikował badania, w których przewidywał, w jakich regionach Jemenu można się spodziewać problemów z cholerą. Prognozy, pozyskane z pomocą generatywnej sztucznej inteligencji, byli w stanie uzyskać z czterotygodniowym wyprzedzeniem i sprawdzały się w 72 proc.

Oprócz prognoz, które pozwalają ludziom odpowiednio przygotować się na ewentualną epidemię, kluczowe w walce z antybiotykoopornością jest zapobieganie epidemiom. Badacze apelują, że w tej kwestii potrzebna jest praca u podstaw – dostęp do czystej wody i infrastruktury sanitarnej dla wszystkich ludzi oraz edukacja w kwestii prawidłowego zażywania antybiotyków.

Potrzebujemy rozwiązań systemowych

Niektórzy naukowcy mogą się pochwalić sporymi sukcesami w tej walce. Zespół libańskiej klinicystki i specjalistki od chorób zakaźnych Souhy Kanj od 2018 roku kształci lekarzy na Uniwersytecie Amerykańskim w Bejrucie w kwestii ograniczenia stosowania w szpitalach antybiotyków karbapanemowych. Na skutek programu w 2020 roku odsetek zakażeń bakterią A. baumannii odporną na karbapanemy spadł z 81 do 63 proc.

Wojnę antybiotykoodporności wypowiedziała też wspomniana już ghanijska badacza Adwoa Padiki Nartey, która ma ambicję opracować nową metodę zabijania odpornych bakterii. Wielce obiecująca jest według niej grupa wirusów zwanych fagami, które są w stanie infekować same bakterie, bez ingerencji w ludzkie komórki.

Żeby jednak w skali globalnej poradzić sobie z antybiotykoopornością, potrzebne są szeroko zakrojone, systemowe działania. „Ogólnoświatowe zagrożenia, takie jak zmiany klimatyczne czy antybiotykooporność, nie respektują granic państwowych” – mówi mikrobiolożka z Uniwersytetu Gambii, Saffiatou Darboe. Zdaniem prawnika i badacza polityki zdrowotnej z kanadyjskiego Uniwersytetu York, Stevena Hoffmana, do walki z odpornymi bakteriami potrzebujemy analogicznych narzędzi, jak w przypadku zmian klimatycznych.

W 2015 roku WHO uruchomiła program GLASS, który pozwala śledzić w skali globalnej spożycie antybiotyków i częstość występowania infekcji, które są na nie odporne. Dzięki tym danym jest w stanie monitorować postępy w zwalczaniu antybiotykooporności. Zdaniem Hoffmana istnieje potrzeba wyznaczenia sobie jasnego celu w tej walce. Mogłoby nim być zmniejszenie zakażeń antybiotykoopornych o 35 proc. do 2035 roku. Prawnik liczy, że cel ten zostanie podniesiony podczas wrześniowego spotkania ONZ. Ponadto kraje bogatsze mają moralny obowiązek wspierania w tej kwestii krajów biedniejszych. To rozwinięte gospodarki w znacznie większym stopniu korzystały i korzystają z antybiotyków i ponoszą większą odpowiedzialność za fakt, że obecnie środki te coraz gorzej działają.