การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย (ตอนที่ 1)

เขียนโดย biology เมื่อ . หัวข้อ บทความ, บทความปี 2556

 

การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย (ตอนที่ 1)

กลไกในการต้านทานต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย

ดร.สุนัดดา  โยมญาติ

          Alexander Fleming นักจุลชีววิทยาชาวอังกฤษได้ค้นพบว่ารา Penicillium sp. สร้างสารเพนิซิลลิน (penicillin) ที่สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย Staphylococcus sp. ได้ ยาเพนิซิลลินถูกนำไปใช้รักษาโรคที่เกิดจากแบคทีเรียอย่างแพร่หลาย ทำให้มนุษย์จำนวนมากรอดชีวิตจากการติดเชื้อแบคทีเรียชนิดต่างๆ หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็มีการค้นคว้าและผลิตยาปฏิชีวนะชนิดอื่นๆ อีก เช่น Streptomycin Tetracycline Erythromycin

          สามารถทำการทดลองคล้ายกับที่ Fleming ทำได้ โดยเลี้ยงรา Penicillium sp. ร่วมกับแบคทีเรีย Bacillus subtilis  ในจานเพาะเชื้อเดียวกัน เมื่อบ่มเชื้อได้ 7 วัน Penicillium sp. สร้างสารเพนิซิลินออกมาฆ่าและยับยั้งการเจริญเติบโตของ B. subtilis ได้ ทำให้เกิดส่วนที่เป็นวงกลมใส (clear zone) รอบๆ โคโลนีของ Penicillium sp. ซึ่งเกิดจากเซลล์แบคทีเรียบริเวณนั้นสลายไป (lysis) (ภาพที่ 1)

56-12-1

ภาพที่ 1 ก. Penicillium sp. และ Bacillus subtilis  ในจานเพาะเชื้อ

                                                                                                       ข. clear zone รอบโคโลนีของ Penicillium sp.

          อย่างไรก็ตามพบว่าเมื่อยาปฏิชีวนะถูกนำไปใช้รักษาโรคได้ระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นยาปฏิชีวนะที่เคยมีประสิทธิภาพในการรักษาโรคที่เกิดจากแบคทีเรียได้ ก็ไม่สามารถฆ่าแบคทีเรียและรักษาโรคได้อีกต่อไป เนื่องจากแบคทีเรียสามารถปรับตัวเองให้ทนต่อยาปฏิชีวนะได้ ซึ่งการที่ยาปฏิชีวนะไม่สามารถฆ่าหรือยับยั้งแบคทีเรียได้นั้น เรียกว่า การดื้อยาปฏิชีวนะ (antibiotic resistance)

          จากการทดลองของ Fleming เมื่อปี ค.ศ. 1928 สารเพนิซิลลินจาก Penicillium sp. สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย Staphylococcus sp. ได้นั้น แต่ในปัจจุบันนี้จากการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า สารเพนิซิลลินจาก Penicillium sp. ไม่สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของ Staphylococcus aureus ได้อีกต่อไป (ภาพที่ 2) ซึ่งจากงานวิจัยต่างๆ พบว่าStaphylococcus sp. ส่วนมากเกิดการดื้อต่อยาเพนิซิลลิน จึงจำเป็นต้องดัดแปลงยาเพนิซิลลินหรือใช้ยาปฏิชีวนะชนิดอื่นในการรักษาโรคที่เกิดจากการติดเชื้อ Staphylococcus sp.

   

56-12-3

  ภาพที่ 2  ก. Penicillium sp. และ Staphylococcus aureus ในจานเพาะเชื้อ

                                                          ข. Staphylococcus aureus ที่ดื้อยาสามารถเจริญเติบโตได้บนโคโลนีของ Penicillium sp.

          ในปัจจุบันมียาปฏิชีวนะหลากหลายชนิดถูกนำไปใช้ในการรักษาโรคที่เกิดจากการติดเชื้อแบคทีเรียอย่างแพร่หลาย การใช้ยาปฏิชีวนะโดยขาดความระมัดระวัง รวมทั้งการใช้ไม่ถูกวิธี เช่น หยุดรับประทานยาเมื่ออาการป่วยดีขึ้นโดยรับประทานยาปฏิชีวนะไม่ครบจำนวนตามที่แพทย์สั่ง หรือเมื่อเป็นไข้หวัดที่เกิดจากเชื้อไวรัสก็รับประทานยาปฏิชีวนะ ทั้งๆ ที่ยานี้ไม่สามารถฆ่าเชื้อไวรัสได้  พฤติกรรมเหล่านี้เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็ว

          การที่แบคทีเรียสามารถดื้อหรือต้านทานต่อยาปฏิชีวนะได้นั้น เกิดจากการควบคุมโดยยีนที่ควบคุมการทนทานต่อยาปฏิชีวนะ ยีนนี้อาจจะอยู่บนพลาสมิดที่เป็น DNA วงแหวนสายคู่ที่อยู่นอกโครโมโซมของแบคทีเรีย หรืออยู่บนโครโมโซมของแบคทีเรียก็ได้ ยีนเหล่านี้จะควบคุมแบคทีเรียให้ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ

          เมื่อได้รับยาปฏิชีวนะ เซลล์แบคทีเรียจะมีกลไกต่างๆ ที่จะทำให้เซลล์รอดชีวิตได้ไม่สลายหรือถูกยับยั้งการเจริญ โดยมีกลไกหลัก 3 แบบ ดังนี้

          1.       แบคทีเรียใช้พลังงานจาก ATP ลำเลียงยาปฏิชีวนะที่เข้ามาในเซลล์ให้ออกไปนอกเซลล์ โดยอาศัยโปรตีนที่แทรกอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียกว่า efflux pump เป็นการลดความเข้มข้นของยาปฏิชีวนะภายในเซลล์ ทำให้ยาไม่สามารถเข้าไปถึงเป้าหมาย (target) ได้ (ภาพที่ 3) เช่น Escherichia coli ที่ดื้อต่อยา tetracycline หรือแบคทีเรียกลุ่ม  Enterobacteriaceae ที่ดื้อต่อยา tetracycline และยา chloramphenicol จะสามารถลำเลียงยาออกไปภายนอกเซลล์ได้

56-12-4

ภาพที่ 3 การนำยาปฏิชีวนะออกไปภายนอกเซลล์แบคทีเรียโดยใช้ efflux pump

          2.       แบคทีเรียสร้างเอนไซม์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงยาปฏิชีวนะ (ภาพที่ 4) หรือย่อยยาปฏิชีวนะ (ภาพที่ 5)    

ทำให้ยาปฏิชีวนะไม่สามารถออกฤทธิ์ได้ เช่น  S. aureus ที่ดื้อต่อยาเพนิซิลลิน จะเปลี่ยนยาเพนิซิลลินให้เป็นกรด penicilloic  ที่ไม่ฤทธิ์ในการทำลายหรือยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

56-12-5

ภาพที่ 4 แบคทีเรียสร้างเอนไซม์ที่เปลี่ยนแปลงยาปฏิชีวนะ

56-12-6

ภาพที่ 5 แบคทีเรียสร้างเอนไซม์ที่ย่อยยาปฏิชีวนะได้

          3.       แบคทีเรียมีกลไกป้องกันไม่ให้ยาปฏิชีวนะเข้าไปในเซลล์หรือเข้าไปได้น้อยลง (ภาพที่ 6) เช่น S. aureus สายพันธุ์ที่ดื้อต่อยา vancomycin จะมีผนังเซลล์ที่หนา ทำให้ยาไม่สามารถผ่านเข้าไปในเซลล์ได้

56-12-7

ภาพที่ 6 แบคทีเรียมีผนังเซลล์หนาทำให้ยาปฏิชีวนะไม่สามารถเข้าไปในเซลล์ได้

          แบคทีเรียแต่ละชนิดสามารถใช้กลไกชนิดใดชนิดหนึ่งหรือใช้กลไกหลายแบบร่วมกันเมื่อได้รับยาปฏิชีวนะเพียงชนิดเดียว  นอกจากกลไกที่แบคทีเรียใช้ในการทำลายหรือลดประสิทธิภาพของยาปฏิชีวนะดังที่กล่าวมาแล้วนั้น ยังมีกลไกในระดับโมเลกุลที่ทำให้เกิดการดื้อยาในแบคทีเรีย (molecular mechanisms of resistance) ด้วย ซึ่งจะกล่าวถึงในตอนที่ 2 ต่อไป

 

 

การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย (ตอนที่ 2) กลไกการถ่ายทอดยีนต้านทานต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียhttp://biology.ipstweb.com/index.php/about-the-year-2555/394–2.html

 

เอกสารอ้างอิง

 

วีรวรรณ ลุวีระ. การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย. สงขลานครินทร์เวชสารฉบับที่ 5 : 453-459. ก.ย.-ต.ค. 2549.

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการ. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ชีววิทยา เล่ม 4. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. 2554.

ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, สถาบัน. กระทรวงศึกษาธิการ. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ชีววิทยา เล่ม 5. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ สกสค. 2554.

Bacterial mechanisms of antibiotic resistance. (Online). Avaiable: http://textbookofbacteriology.net/resantimicrobial_3.html. (Retrieved 15/06/2013).

Main mechanisms of enterococcal antibiotic resistance. (Online). Avaiable: http://www.nature.com/nrmicro/journal/v10/n4/fig_tab/nrmicro2761_F4.html (Retrieved 15/06/2013).

Sosa, A.J.,  Byarugaba, D.K., Amábile-Cuevas, C.F., Hsueh, P., Kariuki, S., Okeke, I.N. 2010. Antimicrobial Resistance in Developing Countries. 1st ed. Springer. New York.

Zhang, Y. Mechanisms of Antibiotic Resistancein the Microbial World. (Online). Avaiable: http://www.moleculartb.org/gb/pdf/transcriptions/11_YZhang.pdf. (Retrieved 15/06/2013).

 

17,405 total views, 0 views today