Bakteriální rezistence není evolucí

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz)

Bakteriální rezistence není evolucí Je odolnost bakterií vůči antibiotikům vhodným příkladem evoluční změny? Kevin Anderson, Ph. D. (Is Bacterial Resistance to Antibiotics an Appropriate Example of Evolutionary Change? Přeložil M. T., říjen 2007) Tento článek vyšel poprvé v roč. 41, č. 4 časopisu Creation Research Society Quarterly, periodiku uznávaném ve vědeckém světě a vydávaném Společností pro výzkum stvoření. V kostce Evolucionisté často poukazují na vzrůst odolnosti vůči antibiotikům u bakterií jako na ukázku evoluční změny. Avšak molekulární analýza genetických událostí, jež vedou k odolnosti vůči antibiotikům, nepodporuje tuto všeobecnou domněnku. Mnoho bakterií se stane odolnými přijetím genů z plasmidů či transpozonů cestou horizontálního přenosu genů. Horizontální přenos však nevysvětluje původ odolných genů, jen jejich šíření mezi bakteriemi. Na druhé straně mutace mohou sice možná vysvětlit původ odolnosti vůči antibiotikům ve světě bakterií, ale vyžadují takové mutační procesy, které jsou v rozporu s předpoklady evoluce. Takové mutace soustavně omezují či vylučují funkci transportních proteinů či porinů, slučivost vážící bílkoviny, aktivity enzymů, hnací sílu protonů či regulačních kontrolních systémů. I když můžeme takové mutace považovat za „přínosné“ (prodlužují dobu přežití bakterie v přítomnosti antibiotika), vyžadují takové mutační procesy, které nezajišťují genetický mechanizmus pro společný „původ s modifikací“. Tyto mutace jsou také vykoupeny cenou relativní zdatnosti, nicméně reverzní mutace mohou opět obnovit většinu ne-li vše do původní bakteriální fitness. Pravá biologická cena zaplacená za tyto mutace je však v každém případě ztráta dříve existujících buněčných systémů či funkcí. Taková ztráta buněčné aktivity nemůže být proto pokládána za genetický prostředek podporující evoluci. Plasmid = kruhová molekula DNA nesoucí jeden nebo několik genů, která může existovat v bakteriích mimo vlastní chromozom a nezávisle na něm se množit. Plasmid může být mezi bakteriemi předáván. Někdy obsahuje geny rezistence vůči některým antibiotikům. Transpozon = sekvence DNA schopná změnit lokalizaci v genomu, tzv. „pohyblivý gen“. K přemístění může dojít s duplikací DNA nebo i bez ní, aniž by se někdy sekvence objevila volně. Poriny = bílkovinné molekuly ve vnější membráně gramnegativních bakterií. Trimery sloužící jako kanálky. Změna povrchových struktur a cytoplasmatické membrány bakteriální buňky a její permeability dokáží zamezit vstupu antibiotika – jde o jeden z mechanismů vzniku odolnosti. (pozn. překl.) Úvod Vzhledem ke svému rychlému množení, snadnosti laboratorní analýzy i široké škále mutantů vzniklých v laboratoři, jež můžeme získat, jsou bakterie popisovány jako výborný model pro studium procesů evoluce (Mortlock, 1984). Získání odolnosti vůči určitému Strana 1 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) antibiotiku zajišťuje bakterii jasnou výhodu v případě, že je tomuto antibiotiku vystavena. Takže získání odolnosti vůči antibiotiku je všeobecně citováno jako příklad „evoluční změny“, a stalo se populárním příkladem takzvané „evoluce na Petriho misce“. Miller (1999) píše o vývoji odolnosti vůči antibiotikům jako příkladu „tvůrčí síly“ evoluce. Barlow a Hall (2002) o ní mluví jako o „jedinečné příležitosti k pozorování evolučních procesů v průběhu pár desetiletí místo oněch několika tisíc let, která většinou takové procesy vyžadují“ (str. 314). Petriho miska = (podle bakteriologa R . J. Petriho, 1852 – 1921), malá kulatá miska asi 10 mm hluboká, se skleněným převislým víčkem stejného tvaru, na biochemické, chemické a farmaceutické preparáty, zejména kultivaci mikroorganizmů. Převislý okraj víčka brání vzdušné kontaminaci obsahu, ne však přístupu kyslíku. (pozn. překl. ). Evoluce je často popisována prostě jako „změna“ či „změna ve frekvenci genů za určitý čas“ (Dillon, 1978; Johnson, 2000; Patterson, 1978) a evolucionisté téměř jednohlasně tvrdí, že jakákoli změna v genotypu (či dokonce fenotypu) je „změnou evoluční“. V tom případě by do této definice zapadala jakákoli biologická změna organizmu včetně odolnosti vůči antibiotikům. Avšak pouhá biologická změna zapadá i do modelu stvoření, a tak tato rádoby definice se vlastně nevymezuje vůči názorům kreacionistů. Taková definice také nespecifikuje typ změny (jako třeba zhoubná proti přínosné), a tak nepropůjčuje evoluční teorii žádnou předpovědní hodnotu. A navíc, jakákoli změna, která (jak se má za to) přináší takzvanou „přínosnou“ adaptaci, je běžně pokládána za hnací sílu evoluce. Jistěže, některé mutace jako třeba odolnost vůči antibiotikům, mohou být přínosné, jelikož mohou zajišťovat organizmu zvýšenou schopnost přežít za velmi specifických podmínek v prostředí. Takže evolucionisté běžně konstatují, že genetických příkladů „evolučních změn“ je spousta a že kreacionisté jsou nuceni popírat tyto důkazy přítomné na každém kroku. Avšak teorie evoluce tvrdí, že všechen život na Zemi měl společný původ. Všechen život tedy sdílí společného evolučního předka, z něhož se vyvinul, tzv. „původ života ze společného počátku“. V souhrnném konstatování tvrdí Darwin (1936), že „teorie původu s modifikací zahrnuje všechny členy téže velké třídy či říše…všechna zvířata i rostliny vyšly z nějakého jediného prototypu“ (str. 370). Pomocí tohoto společného „původu s modifikací“ si proto evoluční teorie činí nárok na vysvětlení původu a rozmanitosti všeho biologického vývoje na Zemi. Společný „původ s modifikací“ je tedy vhodnější a funkčnější definicí evoluční teorie, a tento článek bude mluvit o evoluci v tomto kontextu. Tato definice také nese s sebou několik „předpokladů“ ohledně typů genetické změny nutných pro obecný původ ze společného předka (předpokladů, jež jsou v ostrém protikladu vůči „předpokladům“ modelu kreacionistického). Takové změny musí zahrnovat více než pouhé změny ve fenotypu; musí zahrnovat genetický mechanizmus řídící buněčné funkce a aktivity (tj. regulační systémy, dopravní systémy, enzymovou specificitu, slučivost vážící bílkoviny atd.). Genetické změny, které omezují či vylučují jakýkoli z těchto buněčných systémů, neposkytují genetický mechanizmus pro společný „původ s modifikací“. Takové změny jsou vlastně spíše opakem tohoto vzestupného původu, jelikož omezují či ničí už existující soustavu biologické složitosti (jsou spíše společným „úpadkem s modifikací“). Tyto genetické změny proto neskýtají příklad genetického mechanizmu pro „evoluční“ získání schopnosti letu u nelétajících organizmů, schopnosti myšlení u organizmů nemyslících, schopnosti fotosyntézy u nefotosyntetizujících organizmů atd. Teorie evoluce však vyžaduje, aby k takovým událostem docházelo a vyžaduje mutace Strana 2 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) schopné přivodit takové genetické změny. Předpoklady evoluce vyžadují tedy specifické druhy změn, ne pouze takzvané „výhodné“ mutace. A tak navzdory sebevědomým prohlášením, jež evolucionisté činí, je nanejvýš potřeba se ptát, zda získání odolnosti vůči antibiotikům je platným příkladem evoluční změny, jenž podporuje předpovědi evoluční teorie (tj. teorie společného „původu s modifikací“). Horizontální přenos genů Jeden způsob, jak mohou bakterie získat odolnost vůči antibiotikům, je cestou horizontálního přenosu genů odolných vůči antibiotikům. Takový přenos odolných genů je běžný (Gómez, 1998; Top et al., 2000), a je odpovědný za mnoho příkladů odolných bakterií. Avšak horizontální přenos vyžaduje pouze přenos odolných genů již přítomných v bakteriálním světě. I když je horizontální přijetí odolných genů „přínosné“ pro ony bakterie, jež jsou vystaveny danému antibiotiku, neobjasňuje takový přenos genů původ či rozmanitost těchto genů. Samo o sobě pak nedokáže zajistit genetický mechanizmus pro vznik jakýchkoli genů odolných vůči antibiotikům v biologickém světě. Evoluce, vzhledem k procesu společného „původu s modifikací“, tvrdí, že umí vysvětlit původ a rozmanitost života na Zemi; avšak pouhé přesunutí již existujících genů mezi organizmy cestou přenosu genů nezajišťuje nutný genetický mechanizmus opravňující k tomuto tvrzení. Neumí ani vhodně vysvětlit současný vývoj jak biosyntézy antibiotika tak odolných genů – evoluční záhadu (Penrose, 1998). Horizontální přenos odolných genů nemůže tedy být považován za vhodný příklad „evoluce na Petriho misce“. Mutace Mutace definované jako jakékoli změny ve sledu DNA (Snyder a Champness, 2003) zajišťují jediný známý genetický mechanizmus pro získání nové genetické aktivity a funkce v biologickém světě. Ve světle tohoto faktu mají jedině mutace schopnost zajistit evoluci mechanizmus, který vysvětlí původ odolnosti vůči antibiotikům. Jedině odolnost vzniklá z mutace je tedy možným příkladem „evoluce v akci“ (tj. společného „původu s modifikací“). V přítomnosti určitého antibiotika (či jiného antimikrobiálního prostředku) má jakákoli mutace, jež chrání bakterii před smrtícím účinkem této sloučeniny, jasně „přínosný“ fenotyp. Přírodní výběr se vším důrazem a jaksi přesně vybere ony odolné mutanty, které zapadají do rámce adaptivní reakce. Avšak molekulární analýza takových mutací odhaluje značný nesoulad mezi pravou povahou mutace a požadavky evoluční teorie. Přehled některých fenotypických mutantů rezistentních vůči specifickým antibiotikům

ANTIBIOTIKUM: FENOTYP ZAJIŠ?UJÍCÍ ODOLNOST: Actinonin.......................................ztráta enzymatické aktivity Ampicillin......................................odpověď SOS zastavující buněčné dělení Azithromycin..................................ztráta regulační bílkoviny Chloramfenikol...............................omezená tvorba porinu či regulační bílkoviny Ciprofloxacin..................................ztráta porinu či ztráta regulační bílkoviny Erythromycin..................................omezená slučivost s 23S ribozomální RNA či ztráta regulační bílkoviny Fluorochinolony.............................ztráta slučivosti s gyrázou Imioenem.......................................omezená tvorba porinu Kanamycin.....................................omezená tvorba transportní bílkoviny Strana 3 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) Kyselina nalidixová.......................ztráta či ochromení regulační bílkoviny Rifampin........................................ztráta slučivosti s polymerázou RNA Streptomycin.................................omezená slučivost s 16S ribozomální RNA či omezení transportní aktivity Tetracyklin....................................omezená tvorba porinu či regulační bílkoviny Zittermicin A.................................ztráta protonové hnací síly Proton = v biochemii vodíkový kation (pozn. překl.). Bakteriální odolnost vůči antibiotiku, rifampinu, může být výsledkem obecně se vyskytující spontánní mutace. Rifampin brání přepisu bakterie tak, že překáží normální aktivitě polymerázy RNA (Gale et al., 1981; Leyin a Hatfull, 1993). Bakterie může získat odolnost genovou mutací podcelku beta polymerázy RNA, jenž je kódován genem rpoB (Enright et al., 1998; Taniguchi et al., 1996; Wang et al., 2001; Williams et al., 1998). Tato mutace dostatečně změní strukturu β subunit, takže ztratí specificitu pro molekulu rifampinu. Výsledkem je, že polymeráza RNA už nemá slučivost s rifampinem, a již není postižena omezujícím účinkem antibiotika. Polymeráza = enzym katalyzující polymeraci. Polymeráza RNA = enzym, který katalyzuje tvorbu RNA z prekurzoru, za přítomnosti již existující RNA jako šablony. Je pravda, že hladina odolnosti vůči rifampinu, kterou může bakterie spontánně získat, může být extrémně vysoká. V mé laboratoři zcela běžně získáváme kmeny mutantů s hladinou odolnosti řádově několikrát vyšší než je hladina kmenů divokých. Pokud je přítomen rifampin, zajišťuje tato mutace rozhodnou výhodu pro přežití bakterie ve srovnání s oněmi buňkami, jež tyto specifické mutace nemají. Avšak každá z těchto mutací vyřazuje vazebnou slučivost polymerázy RNA s rifampinem. Ze své podstaty tedy tyto mutace nezajišťují mechanizmus odpovědný za původ této vazebné slučivosti, jen její ztrátu. Spontánní odolnost vůči fluorchinolonům (jako třeba ciprofloxacinu či norfloxacinu) je též častou mutací u některých bakterií. Primárním cílem antibiotika je enzym, DNA gyráza, složený ze dvou bílkovin kódovaných geny gyrA a gyrB (Hooper a Wolfson, 1993). Genetická analýza zjistila, že odolnost vůči této třídě antibiotik může vznikat genovou mutací v jednom z těchto genů (Barnard a Maxwell, 2001; Griggs et al., 1996; Heddle a Maxwell, 2002; Heisig et al., 1993; Willmott a Maxwell, 1993). Tyto mutace v subjednotkách gyrázy zřejmě zaviňují dostatečně přizpůsobivou změnu gyrázy, takže její slučivost s fluorchinolony je omezena či ztracena. A opět, navzdory své „přínosné“ povaze, tyto mutace nezajišťují použitelný model, který vysvětlí původ slučivosti gyrázy s fluorochinolony. Fluorochinolony = chinolony obsahující ve své molekule fluor. Patří k nim zejména chinolony III.generace (ciprofloxacin, ofloxacin aj.). Gyráza = enzym důležitý pro správný průběh replikace DNA (též topoizomeráza II umožňující „zavíjení a rozvíjení“ replikované DNA). Inhibice bakteriální gyrázy je mechanismem účinků chinolonů, modifikace (mutace) gyrázy může být podstatou bakteriální rezistence k chinolonům (pozn. překl.). Odolnost vůči streptomycinu může být též výsledkem spontánních bakteriálních mutací. V tomto případě blokuje streptomycin bakteriální syntézu bílkovin zřejmě navázáním se na 16S ribozomové RNA (část ribozomu) a přerušením ribozomální aktivity (Carter et al., 2000; Leclerc et al., 1991). K odolnosti na antibiotikum může dojít mutacemi na genu 16S rRNA, jenž omezuje slučivost streptomycinu s molekulou 16S (Springer et al., 2001). Omezení Strana 4 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) specifických aktivit při dopravě oligopeptidu vede také ke spontánní odolnosti některých antibiotik včetně streptomycinu (Kashiwagi et al., 1998). V těchto příkladech došlo k odolnosti jako k výsledku ztráty funkční složky/aktivity. Oligopeptid = peptid tvořený několika (méně než 25) aminokyselinami. Ztráta enzymatické aktivity může vyústit v odolnost vůči metronidazolu. Nitrobuněčný metronidazol musí být aktivován enzymem, než může fungovat jako antimikrobiální látka. K této aktivaci dochází pomocí enzymu NADPH nitroreduktázy. Pokud není metronidazol aktivován, nepůsobí proti rozvoji bakterie. Pokud tedy vypadne aktivita NADPH nitroreduktázy v buňce, metronidazol zůstane neaktivní. Ztráta aktivity reduktázy může vzniknout mutací nonsense či delecí na rdxA (Debets – Ossenkopp et al., 1999; Goodwin et al., 1998; Tankovic et al., 2000). Navíc může být aktivita NADPH nitroreduktázy podstatně omezena jedinou mutací missense (jedinou změnou aminokyseliny), jež omezí její schopnost aktivovat metronidazol (Paul et al., 2001). Všechny tyto mutace ústí do ztráty enzymatické aktivity nutné pro to, aby byl lék v buňce účinný, a buňka se tak stává odolnou vůči metronidazolu. Avšak ztráta enzymatické aktivity nezajišťuje genetický příklad toho, jak se onen enzym původně „vyvinul“. Mutace zajišťující odolnost vůči metronidazolu nemohou proto být uváděny jako pravé příklady „evoluce na Petriho misce“. Mutace nonsense = substituční mutace bodová, při které vzniká z jiného kodonu kodon terminační. Taková mutace způsobí předčasné ukončení translace příslušné bílkoviny a tím ztrátu nebo poškození její funkce. Mutace missense = substituční mutace bodová, při které je změněn příslušný kodon způsobem, který vede k záměně aminokyseliny daným kodonem určené. Některé bakterie včetně Escherichia coli používají odtokovou pumpu (efflux pump) mnohočetné antibiotické rezistence (MAR), jež zajistí bakterii odolnost vůči kombinovaným typům antibiotik včetně erythromycinu, tetracyklinu, ampicillinu a kyseliny nalidixové. Tato pumpa vypuzuje antibiotikum z buněčné cytoplazmy a pomáhá udržovat mezibuněčné hladiny antibiotik pod smrtelnou koncentrací (Grkovic et al., 2002; Okusu et al., 1996). Pumpa MAR je složena z bílkovin MarA a MarB, jejichž syntéza je blokována regulační bílkovinou, MarR (Alekshun a Levy, 1999; Poole, 2000). Mutace, jež omezují či vylučují represivní kontrolu MarR, zaviňují nadprodukci výtokové pumpy MarAB, jež umožňuje buňce vypuzovat vyšší koncentrace antibiotik či jiných antibakteriálních látek (Oethinger et al., 1998; Poole, 2000; Zarantonelli et al., 1999). E. coli (Escherichia coli, vyslovuje se ešerišia koli) – druh gramnegativní bakterie z rodu Escherichia, čeledi Enterobacteriaceae, která se vyskytuje běžně v lidském trávicím ústrojí (tlustém střevu). V některých případech může způsobit infekce. Escherich Theodor (vyslovuje se ešeriš, 1857 – 1911), německý pediatr, profesor pediatrie ve Vídni. Výborně ovládal bakteriologii a chemii, čehož využíval v péči o dětskou hygienu a výživu. Bílkovina MarA působí také jako kladný regulátor tak, že stimuluje zvýšenou produkci jak bílkoviny MarA, tak MarB (Alekshun a Levy, 1999). Navíc bílkovina MarA nepřímo brání produkci porinu OmpF, kanálku v membráně, jenž umožňuje vstup některých antibiotik do buňky (Cohen et al., 1988). Proto zvýšená exprese MarA zvyšuje odtok antibiotik z buňky a omezuje dopravu některých antibiotik do buňky. Mutace marR, jež omezují expresi či aktivitu bílkoviny MarR, tak umožní nadprodukci odtokové pumpy MarAB (Linde et al., 2000; Strana 5 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) Okusu et al., 1996), a zajistí tak zvýšenou odolnost bakterie vůči různým antibiotikům (Eaves et al., 2004; Hans-Jorg et al., 2000; Notka et al., 2002). MarR defektní mutanti mají také zvýšenou toleranci bakterií vůči některým organickým chemickým látkám jako třeba cyklohexanu (Aono et al., 1998). Exprese = v genetice označení aktivity genu a vyjádření jeho informace syntézou příslušného proteinu. Z celkového počtu cca 50 000 genů obsažených v každé buňce lidského těla je jich vždy aktivní jen zlomek. Řízení genové exprese je významný způsob určující funkci a diferenciaci buňky a jeho porucha je příčinou např. zhoubného bujení. Mutace, jež zvyšují produkci této odtokové pumpy, umožňují těmto bakteriím přežít vystavení různým antibiotikům. Jde tedy v zásadě o mutaci přínosnou v případě, že je v prostředí antibiotikum přítomno. Avšak mutace, jež způsobí ztrátu regulační kontroly (v tomto případě tlumící bílkoviny – represoru MarR), nenabízí genetický mechanizmus, který může vysvětlit původ této regulační kontroly. Represor = molekula, která se váže na určitý úsek DNA a brání (tlumí) tak aktivaci určitého genu. V dalších příkladech: odolnost vůči erythromycinu může též vzniknou ztrátou úseku 11 bp (párových bází) genu 23S rRNA (Douthwaite et al., 1985) či z mutace, která mění konformaci 23S rRNA a omezuje slučivost ribozómu s antibiotikem (Gregory a Dahlberg, 1999; Vannuffel et al., 1992). Konformace = prostorové uspořádání atomů v organické sloučenině umožněné rotací kolem jednoduché vazby. Odolnost vůči chloramfenikolu byla získána vymazáním oblasti 12 párů bází v doméně II genu peptidyltransferázy (Douthwaite, 1992). Odolnost vůči cefalosporinům je spojována s dramatickou změnou kinetiky transportu v membráně, jež se podobá kmenům postrádajícím porin (Chevalier et al., 1999). Doména = část molekuly bílkoviny s určitou vlastností, funkcí apod. Peptidyltransferáza = enzym katalyzující adici skupin aminokyselin k rostoucímu polypeptidovému řetězci (při syntéze proteinů) pomocí peptidových vazeb. Peptidyltransferázová aktivita je vázána na ribozom (peptidyltransferázové místo). Odolnost Staphylococcus aureus vůči actinoninu vyplývá z mutací, jež odstraňují expresi genu fmt (Margolis et al., 2000). Odolnost E. coli vůči zwittermicinu A je spojována se ztrátou hybné síly protonů (Stabb a Handelsoman, 1998). Tolerance penicilinu u Streptococcus gordonii může souviset se ztrátou regulační kontroly obloukového operonu (Caldelari et al., 2000). A E. coli může přežít přítomnost β-laktamů (jako je ampicillin) zastavením buněčného dělení, což učiní buňku méně citlivou na smrtelný účinek antibiotika (Miller et al., 2004). Tyto odolné mutace popsané shora způsobují ztráty již existujících biologických systémů, včetně buněčného dělení a hybné síly protonů. Ačkoli přežití bakterie v prostředí antibiotika je „přínosným“ fenotypem, tyto mutace nezajišťují genetický příklad toho, jak každý z těchto systémů vznikl. Ze své podstaty tedy nezajišťují genetický prostředek ke splnění předpokladů společného „původu s modifikací“. Operon = seskupení genů, které u bakterií vytvářejí funkční jednotku se společnou regulací. Strana 6 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) Laktamy = cyklické amidy aminokyselin, sloučeniny obsahující v kruhu amidickou skupinu –CONH- nebo –CONR-. Odolnost vůči jiným antibiotikům, jako třeba kanamycinu, může pocházet ze ztráty či omezení syntézy transportní bílkoviny (OppA) (Kashiwagi et al., 1998). Odolnost vůči ciprofloxacinu a imipenemu může být způsobena, alespoň zčásti, sníženou tvorbou porinu vnější membrány, OmpF (Armand-Lefevre et al., 2003; Hooper et al., 1987; Yigit et al., 2002). Vzestup odolnosti vůči meropenemu a cefepimu je též spojován se ztrátou OmpF, a dalšího porinu, OmpC (Yigit et al., 2002). A Enterobacter aerogenes se může stát odolným vůči různým antibiotikům, když mutace dramaticky omezí vodivost membránového porinu (Dé et al., 2001). Všechny odolnosti popsané v předešlém odstavci vyplývají z omezení či ztráty transportního systému. Avšak genetické mechanizmy nutné pro evoluci by měly vysvětlit původ těchto různých transportních systémů. Mutace vedoucí k odolnosti vůči antibiotikům tedy nezajišťují nutné genetické změny pro „původ ze společného předka“. Spíše jsou geneticky neslučitelné s požadavky evoluce, protože každá z nich vyžaduje ztrátu už existující transportní aktivity. Jako skupina vyžadují mutace spojované s odolností vůči antibiotikům ztrátu či omezení již existující buněčné funkce/aktivity, tj. cílová molekula ztratila slučivost s antibiotikem, antibiotický transportní systém byl omezen či vyloučen, regulační systém či enzymatická aktivita byly omezeny či vyloučeny atd.Tohle nejsou mutace, jež mohou vysvětlit původ oněch buněčných systémů a aktivit. I když by tyhle mutace určitě byly „přínosné“ pro přežití bakterie v přítomnosti antibiotika v prostředí, tahle výhoda existuje za cenu ztráty již existující funkce. To je totéž jako když odstraníme přepážku v domě, abychom zvětšili jídelnu. I když tato větší jídelna může být žádoucí (tj. přínosná), mechanizmus odstranění přepážky nemůžeme právem vydávat za příklad toho, jak byla tato přepážka původně postavena. A tak i výhoda přežití bakterie díky mutaci je pouze částí genetické charakteristiky nutné pro mutace, aby dosáhly „evoluce v Petriho misce“. Takové mutace musí také zajistit genetický základ pro společný „původ s modifikací“. I když to přímo odporuje tvrzením činěným mnoha zastánci evoluce, molekulární data pro odolnost vůči antibiotikům jsou velmi jasná. Tyhle mutace také nemohou zajistit mechanizmus, který pokračuje ve „vývoji“ úrovně bílkovinné specificity či bílkovinné aktivity, jež je nutná pro normální funkci buňky. I když jsou takové mutace výbornými příklady bakteriálního přizpůsobení se, jsou vlastně opakem mutační změny nutné pro evoluci. Ale jsou to právě tyhle příklady, které evolucionisté nabízejí coby ověřitelné ukázky „evoluční změny“. A je ironií, že tyto mutace jsou ve skutečnosti ověřitelnými příklady modelu kreačního – původní složitost zmutovavší na úroveň větší jednoduchosti. O spontánní přítomnosti odolnosti vůči antibiotikům se často mluví jako o „získání“ odolnosti, ale vhodnější je považovat ji za ztrátu vnímavosti. Odolnost vůči antibiotikům tedy vyplývá ze ztráty již existujících systémů v bakteriální buňce. Takové změny jednoznačně nezajišťují genetický mechanizmus pro původ takových buněčných rysů jako je enzymatická specificita, dopravní aktivita, regulační aktivita či slučivost vážící bílkoviny. Avšak evolucionisté neustále tvrdí, že mutace skutečně zajišťují genetický mechanizmus pro původ biologické aktivity a společného „původu s modifikací“, a neustále nabízejí shora popsané typy mutací jako příklady. Zdraví za odolnost vůči antibiotikům I když můžeme mutace poskytující odolnost vůči antibiotikům považovat za „přínosné“, jsou Strana 7 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) často zaplaceny fyziologicky (Andersson a Levin, 1999; Maisnier – Patin et al., 2002). A vskutku, Bjoerkman et al. (2000) konstatují, že za většinu typů antibiotické odolnosti zaplatí organizmus /bakterie – poz. P. K.) biologickou cenu. Například odolnost vůči rifampinu u Mycobacterium tuberculosis (Billington et al., 1999), E. coli (Reynolds, 2000) a Staphylococcus aureus (Wichelhaus et al., 2002) plynula z mutací polymerázy RNA, jež také omezila relativní zdraví většiny mutantních kmenů. Ačkoli biologická cena, o níž mluví tito badatelé, nebyla většinou velká, byla měřitelná. Zdraví = je zde myšleno „zdraví“ bakterie rezistentní vůči antibiotiku, poz. P. K. Mutace zakládající odolnost Helicobacter pylori na clarithromycin omezují relativní zdraví organizmu (Bjoerkholm et al., 2001). Odolnost na vysoké hladiny fluorchinolonu u Salmonella enterica vyžaduje mutace, za které organizmus zaplatí vysokou cenu – ztrátu zdraví (Giraud et al., 2003). A mutace na fusA, které zajišťují odolnost Staphylococcus sp. vůči kyselině fusidové, mají za následek významnou ztrátu „relativního zdraví“ bakterie (Gustafsson et al., 2003; MacVanin et al., 2000). Odolnost S. aureus na actinonin také doprovází dramatická ztráta „zdraví“ bakterie ústící do vážného narušení růstu (Margolis et al., 2000). Odolnost E. coli na streptomycin může dramaticky omezit rychlost biosyntézy bílkovin (Zengel et al., 1977). A některé bakterie zruší buněčné dělení, aby minimalizovaly svou vnímavost vůči ampicillinu (Miller et al., 2004), což jednoznačně omezuje celkové zdraví organizmu. Tato cena „relativního zdraví“ zdá se kolísá významně jak podle toho kterého organizmu tak antibiotika. Avšak mnoho z odolných mutantů, jež byly studovány, včetně některých mutantů shora zmíněných, může následně eliminovat něco či většinu zaplacené ceny reverzními či supresivními mutacemi, jež také stabilizují mutaci jako celek (Andersson a Levin, 1999; Lenski, 1998; Massey et al., 2001). Míra, v níž reverzní mutace nastolí opět zdraví bakterie, zřejmě závisí na místě, kde mutace proběhla, a na tom, zda jediná mutace je s to napravit jen něco nebo kompletní „zdraví“ divokého typu bakterie. Jistě, že zdraví některých zmutovaných kmenů je omezeno trvale (někdy dramaticky), a je typické pro evolucionisty, že ignorují takové důsledky ve své horlivé snaze vydávat antibiotickou odolnost za „evoluci v Petriho misce“. Je faktem, že často testují relativní zdraví těchto mutantů za velmi omezených kultivačních parametrů, jež minimalizují zjistitelnou ztrátu zdraví pro danou mutaci. Na druhé straně je ztráta zdraví některých mutantů zanedbatelná (zvl. následuje-li reverzní mutace). Takže účinek spontánní odolnosti na bakteriální zdraví zdá se kolísá od mutanta k mutantu. Kreacionisté mají tedy patrně tendenci příliš zdůrazňovat význam omezeného „zdraví“ u bakterií odolných vůči antibiotikům v tom smyslu, že tuto myšlenku uplatňují u všech takových mutantů. Za mutace se ovšem opravdu platí biologická cena, a to ztrátou už existujících biologických systémů a aktivit. Tato biologická cena není vykompenzována reverzními či supresivními mutacemi. Ačkoli takové mutace nemusí snad vždy vyústit v detekovatelné úrovně omezeného „zdraví“, figurují jako protiklad společného „původu s modifikací“. Souhrn O odolnosti vůči antibiotikům a jiným antimikrobiálním prostředkům se často hovoří jako o jasné ukázce „evoluce v Petriho misce“. Avšak analýza genetických událostí zapříčiňujících tuto odolnost odhaluje, že nejsou v souladu s genetickými událostmi nutnými pro evoluci (definovanou jako společný „původ s modifikací“). Odolnost plynoucí z horizontálního přenosu genů spíše pouze zajišťuje mechanizmus pro přenos již existujících odolných genů. Horizontální přenos nezajišťuje mechanizmus pro původ oněch genů. Spontánní mutace Strana 8 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) sice zajišťuje potenciální genetický mechanizmus pro původ oněch genů, ale takový původ nebyl nikdy prokázán. Naopak, všechny známé příklady odolnosti vůči antibiotikům přes mutaci jsou neslučitelné s genetickými požadavky evoluce. Tyto mutace mají za následek ztrátu již existujících buněčných systémů/aktivit jako jsou poriny a jiné transportní systémy, regulační systémy, enzymatická aktivita a bílkovinné vazby. Antibiotická odolnost může také s sebou nést určitý pokles „relativního zdraví“ (v pár případech závažný), ačkoli u mnoha mutantů je to vyrovnáno reverzí. Pravá biologická cena však spočívá ve ztrátě již existujících systémů a aktivit. Pokud nedojde ke ztrátě rezistence, pak tyto ztráty nejsou nikdy nahrazeny a nemohou být legitimně vydávány za příklady skutečné evoluční změny. Prameny Andersson, D.I., and B.R. Levin. 1999. The biological cost of antibiotic resistance. Current Opinion in Microbiology 2:489–493. Aono, R., N. Tsukagoshi, and M. Yamamoto. 1998. Involvement of outer membrane protein TolC, a possible member of the mar-sox regulon, in maintenance and improvement of organic solvent tolerance of Escherichia coli K-12. Journal of Bacteriology 180:938–944. Alekshun, M.N., and S.B. Levy. 1999. The mar regulon: multiple resistance to antibiotics and other toxic chemicals. Trends in Microbiology 7:410–412. Armand-Lefèvre, L., V. Leflon-Guibout, J. Bredin, F. Barguellil, A. Amor, J.M. Pagès, and M.-H. Nicolas-Chanoine. 2003. Imipenem resistance in Salmonella enterica serovar wien related to porin loss and CMY-4 ß-lactamase production. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 47:1165–1168. Barlow, M., and B.G. Hall. 2002. Phylogentic analysis shows that the OXA β-lactamase genes have been on plasmids for millions of years. Journal of Molecular Evolution 55:314–321. Barnard, F.M., and A. Maxwell. 2001. Interaction between DNA gyrase and quinolones: effects of alanine mutations at GryA subunit residues Ser83 and Asp87. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 45:1994–2000. Billington, O.J., T.D. McHugh, and S.H. Gillespie. 1999. Physiological cost of rifampin induced in vitro in Mycobacterium tuberculosis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 43:1866–1869. Björkholm, B., I. Nagaev, O.G. Berg, D. Hughes, and D.I. Andersson. 2000. Effects of environment on compensatory mutations to ameliorate costs of antibiotic resistance. Science 287:1479–1482. Björkholm, B., M. Sjölund, P G. Falk, O.G. Berg, L. Engstrand, and D.I. Andersson. 2001. Mutation frequency and biological cost of antibiotic resistance in Helicobacter pylori. Proceedings of the National Academy of Science 98:14607–14612. Caldelari, I., B. Loeliger, H. Langen, M .P. Glauser, and P. Moreillon. 2000. Deregulation of the arginine deiminase (arc) operon in penicillin-tolerant mutants of Streptococcus gordonii. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:2802–2810. Carter, A.P., W. M. Clemmons, D.E. Brodersen, R.J. MorganWarren, B.T. Wimberly, and V. Ramakrishnan. 2000. Functional insights from the structure of the 30S ribosomal subunit Strana 9 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) and its interaction with antibiotics. Nature 407:340–348. Chevalier, J., J.-M. Pagès, and M. Malléa. 1999. In vivo modification of porin activity conferring antibiotic resistance to Enterobacter aerogenes. Biochemical and Biophysical Research Communications 266:248–251. Cohen, S.P., L. M. McMurry, and S.B. Levy. 1988. marA locus causes decreased expression of OmpF porin in multiple-antibioticresistant (Mar) mutants of Escherichia coli. Journal of Bacteriology 170:5416–5422. Darwin, C. 1936. Origin of Species and The Descent of Man (Modern Library Reprint Edition) Random House, New York. De, E., A. Baslé, M. Jaquinod, N. Saint, M. Malléa, G. Molle, and J.-M Pagès. 2001. A new mechanism of antibiotic resistance in Enterobacteriaceae induced by a structural modification of the major porin. Molecular Microbiology 41:189–198. Debets-Ossenkopp, Y.J., R..G.J. Pot, D.J. van Westerloo, A. Goddwin, C.M.J.E. Vandenbroucke-Grauls, D.E. Berg, P.S. Hoffman, and J.G. Kusters. 1999. Insertion of mini-IS605 and deletion of adjacent sequences in the nitroreductase (rdxA) gene causes metronidazole resistance in Helicobacter pylori NCTC11637. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 43:2657–2662. Dillon, L.S. 1978. Evolution: concepts and consequences, C.V. Mosby, St. Louis, MO. Douthwaite, S. 1992. Functional interactions within 23S rRNA involving the peptidyltransferase center. Journal of Bacteriology 174:1333–1338. Douthwaite, S., J.B. Prince, and H.F. Noller. 1985. Evidence for functional interaction between domains II and V of 23S ribosomal RNA from an erythromycin-resistant mutant. Proceedings of the National Academy of Science 82:8330–8334. Enright, M., P. Zawadski, P. Pickerill, and C.G. Dowson. 1998. Molecular evolution of rifampicin resistance in Streptococcus pneumoniae. Microbial Drug Resistance 4:65–70. Eaves, D.J., V. Ricci, and L.J.V. Piddock. 2004. Expression of acrB, acrF, acrD, marA, and soxS in Salmonella enterica serovar typhimurium: role in multiple antibiotic resistance. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 48:1145–1150. Gale, E.F., E. Cundliffe, P.E. Reynolds, M.H. Richmond, and M.J. Waring. 1981. The Molecular Basis of Antibiotic Action. John Wiley & Sons, New York. Giraud, E., A. Cloeckaert, S. Baucheron, C. Mouline, and E. Chaslus-Dancla. 2003. Fitness cost of fluoroquinolone resis tance in Salmonella enterica serovar Typhimurium. Journal of Medical Microbiology 52:697–703. Gómez, L.R. 1998. Evolution of bacterial resistance to antibiotics during the last three decades. International Microbiology 1:279–284. Goodwin, A., D. Kersulyte, G. Sisson, S.J.O.V. van Zanten, D.E. Berg, and P.S. Hoffman. 1998. Metronidzole resistance in Helicobacter pylori is due to null mutations in a gene (rdxA) that encodes an oxygen-insensitive NADPH nitroreductase. Molecular Microbiology 28:383–393. Gregory, S.T., and A.E. Dahlberg. 1999. Erythromycin resistance Strana 10 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) mutations in ribosomal proteins L22 and L4 perturb the higher order structure of 23 S ribosomal RNA. Journal of Molecular Biology 289:827–834. Griggs, D.J., K. Gensberg, and L.J. Piddock. 1996. Mutations in gyrA gene of quinolone-resistant Salmonella serotypes isolated from humans and animals. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 40:1009–1013. Grkovic, S., M.H. Brown, and R.A. Skurray. 2002. Regulation of bacterial drug export systems. Microbiology and Molecular Biology Reviews 66:671–701. Gustafsson, I., O. Cars, and D.I. Andersson. 2003. Fitness of antibiotic resistant Staphylococcus epidermidis assessed by competition on the skin of human volunteers. Journal of Antimicrobials and Chemotherapy 52;258–263. Hans-Jörg, L., F. Notka, M. Metze, B. Kochanowski, P. Heisig, and N. Lehn. 2000. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:1865–1868. Heddle, J., and A. Maxwell. 2002. Quinolone-binding pocket of DNAgyrase: role of GryB. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 46:1805–1815. Heisig, P., H. Schedletzky, and H. Falkenstein-Paul. 1993. Mutations in the gyrA gene of a highly fluoroquinolone-resistant clinical isolate of Escherichia coli. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 37:696–701. Hooper, D.C., and J.S. Wolfson. 1993. Quinoline Antimicrobial Agents. ASM Press, Washington, DC. Hooper, D.C., J.S. Wolfson, E. Y. Ng, and M. N. Swartz. 1987. Mechanisms of action and resistance to ciprofloxacin. American Journal of Medicine 82:4A:12–20. Johnson, G.B. 2000. The Living World. McGraw-Hill, New York. Kashiwagi, K., M.H. Tsuhako, K. Sakata, T. Saisho, A. Igarashi, S.O.P. daCosta, and K. Igarashi. 1998. Relationship between spontaneous aminoglycoside resistance in Escherichia coli and a decrease in oligopeptide binding protein. Journal of Bacteriology 180:5484–5488. Leclerc, D., P. Melancon, and L. Brakier-Gingras. 1991. Mutations in the 915 region of Escherichia coli 16S ribosomal RNA reduce the binding of streptomycin to the ribosome. Nucleic Acid Research 19:3973–3977. Linde, H.-J., F. Notka, M. Metz, B. Kochanowski, P. Heisig, and N. Lehn. 2000. In vivo increased resistance to Ciprofloxacin in Escherichia coli associated with deletion of the C-terminal part of MarR. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:1865–1868. Lenski, R.E. 1998. Bacterial evolution and the cost of antibiotic resistance. International Microbiology 1:265–270. Levin, M.E., and G. F. Hatfull. 1993. Mycobacterium smegmatis RNA polymerase: DNA supercoiling, action of rifampicin and mechanism of rifampicin resistance. Molecular Microbiology 8:277–285. MacVanin, M., U. Johanson, M. Ehrenberg, and D. Hughes. 2000. Fusidic acid-resistant EF-G perturbs the accumulation of ppGpp. Molecular Microbiology 37:98–107. Strana 11 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) Maisnier-Patin, S., O.G. Berg, L. Liljas, and D.I. Andersson. 2002. Compensatory adaptation to the deleterious effects of antibiotic resistance in Salmonella typhimurium. Molecular Microbiology 46:355–366. Margolis, P.S., C.J. Hackbarth, D.C. Young, W. Wang, D. Chen, Z. Yuan, R. White, and J. Trias. 2000. Peptide deformylase in Staphylococcus aureus: resistance to inhibition is mediated by mutations in the formyltransferase gene. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:1825–1831. Massey, R.C., A. Buckling, and S.J. Peacock. 2001. Phenotypic switching of antibiotic resistance circumvents permanent costs in Staphylococcus aureus. Current Biology 11:1810–1814. Miller, C., L.E. Thomsen, C. Gaggero, R. Mosseri, H. Ingmer, S.N. Cohen. 2004. SOS response induction by ß-lactams and bacterial defense against antibiotic lethality. Science 305:1629–1631. Miller, K.R. 1999. Finding Darwin’s God. Harper Collins, New York. Mortlock, R.P. 1984. Microorganisms as Model Systems for Studying Evolution. Plenum Press, New York. Notka, F., H.-J. Linde, A. Dankesreiter, H.-H. Niller, and N. Lehn. 2002. A C-terminal 18 amino acid deletion in MarR in a clinical isolate of Escherichia coli reduces MarR binding properties and increases the MIC of ciprofloxacin. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 49:41–47. Oethinger, M., I. Podglajen, W.V. Kern, and S.T. Levy. 1998. Overexpression of the marA and soxS regulatory gene in clinical topoisomerase mutants of Escherichia coli. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 42:2089–2094. Okusu, H., D. Ma, and H. Nikaido. 1996. AcrAB efflux pump plays a major role in the antibiotic resistance phenotype of Escherichia coli multiple-resistance (Mar) mutants. Journal of Bacteriology 178:306–308. Patterson, C. 1978. Evolution. Cornell University Press, Ithaca, NY. Paul, R., S. Postius, K. Melchers, and K.P. Schäfer. 2001. Mutations of the Helicobacter pylori genes rdxA and pbp1 cause resistance against metronidazole and amoxicillin. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 45:962–965. Penrose, E. 1998. Bacterial resistance to antibiotics—a case of un-natural selection. Creation Research Society Quarterly 35:76–83. Poole, K. 2000. Efl lux-mediated resistance to fl uoroquinolones in gram-negative bacteria. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:2233–2241. Reynolds, M.G. 2000. Compensatory evolution in rifampin-resistant Escherichia coli. Genetics 156:1471–1481. Springer, B., Y.G. Kidan, T. Prammananan, K. Ellrott, E. C. Böttger, and P. Sander. 2001. Mechanisms of streptomycin resistance: selection of mutations in the 16S rRNA gene conferring resistance. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 45:2877–2884. Stabb, E.V., and J. Handelsman. 1998. Genetic analysis of zwittermicin A resistance in Escherichia coli: effects on membrane Strana 12 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz) potential and RNA polymerase. Molecular Microbiology 27:311–322. Snyder, L., and W. Champness. 2003. Molecular Genetics of Bacteria. ASM Press, Washington, DC. Taniguchi, H. H. Aramaki, Y. Nikaido, Y. Mizuguchi, M. Nakamura, T. Koga, and S. Yoshida. 1996. Rifampicin resistance and mutation of the rpoB gene in Mycobacterium tuberculosis. FEMS Microbiological Letters 144:103–108. Tankovic, J., D. Lamarque, J.-C. Delchier, C.-J. Soussy, A. Labigne, and P.J. Jenks. 2000. Frequent association between alteration of the rdxA gene and metronidazole resistance in French and North African isolates Helicobacter pylori. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 44:608–613. Top, E.M., Y. Moënne-Loccoz, T. Pembroke, and C.M. Thomas. 2000. Phenotypic traits conferred by plasmids. In Thomas, C.M. (editor), The Horizontal Gene Pool, pp. 249–285. Harwood Academic, Amsterdam, The Netherlands. Vannuffel, P., M. Di Giambattista, E.A. Morgan, and C. Cocito. 1992. Identifi cation of a single base change in ribosomal RNA leading to erythromycin resistance. Journal of Biological Chemistry 267:8377–8382. Wang, G., T. J. M. Wilson, Q. Jiang, and D.E. Taylor. 2001. Spontaneous mutations that confer antibiotic resistance in Helicobacter pylori. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 45:727–733. Wichelhaus, T.A., B. Böddinghaus, S. Besier, V. Schäfer, V. Brade, and A. Ludwig. 2002. Biological cost of rifampin from the perspective of Staphylococcus aureus. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 46:3381–3385. Williams, D.L., L. Spring, L. Collins, L.P. Miller, L.B. Heifets, P.R.J. Gangadharam, and T.P. Gillis. 1998. Contribution of rhoB mutations to development of reifamycin cross-resistance in Mycobacterium tuberculosis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 42:1853–1857. Willmott, C.J.R., and A. Maxwell. 1993. A single point mutation in the DNA gyrase A protein greatly reduces the binding of fl uoroquinolones to the gyrase-DNA complex. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 37:126–127. Yigit, H., G. J. Anderson, J. W. Biddle, C. D. Steward, J. K. Rasheed, L.L. Valera, J.E. McGowan, and F.C. Tenover. 2002. Carbapenem resistance in a clinical isolate of Enterobacter aerogenes is associated with decreased expression of OmpF and OmpC porin analogs. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 46:3187–3822. Zarantonelli, L., G. Borthagaray, E.-H. Lee, and W. M. Shafer. 1999. Decreased azithromycin susceptibility of Neisseria gonorrhoeae due to mtrR mutations. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 43:2468–2472. Zengel, J.M., R. Young, P.P. Dennis, and M. Nomura. 1977. Role of ribosomal protein S12 in peptide chain elongation: analysis of pleitropic, streptomycin-resistant mutants of Escherichia coli. Journal of Bacteriology 129:1320–1329. Příloha Velikost Bakteriální rezistence není evolucí.doc [1] 126 KB Strana 13 z 14

Bakteriální rezistence není evolucí Publikováno z Kreacionismus.cz (http://mobile.kreacionismus.cz)  

Ještě nehodnoceno. Buďte první :-)

  Rate

  

Vložil/a Pavel Kábrt [2], Pá, 07/17/2009 - 20:58 URL zdroje (přijato 02/13/2017 - 08:22): http://mobile.kreacionismus.cz/node/280 Odkazy: [1] http://mobile.kreacionismus.cz/sites/default/files/bakterialni_rezistence_neni_evoluci.doc [2] http://mobile.kreacionismus.cz/users/pavel-kabrt

Strana 14 z 14 Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)