การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย (ตอนที่ 2)

 

การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย (ตอนที่ 2)

กลไกการถ่ายทอดยีนต้านทานต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย

ดร.สุนัดดา   โยมญาติ

          การที่แบคทีเรียสามารถต้านทานต่อยาปฏิชีวนะได้นั้น เกิดจากการควบคุมโดยยีนที่ควบคุมการทนทานต่อยาปฏิชีวนะ ยีนนี้อาจจะอยู่บนพลาสมิดที่เป็น DNA วงแหวนสายคู่ที่อยู่นอกโครโมโซมของแบคทีเรีย หรืออยู่บนโครโมโซมของแบคทีเรียก็ได้ แบคทีเรียที่ไม่มียีนต้านทานต่อยาปฏิชีวนะจะตายไป ขณะที่แบคทีเรียที่มียีนต้านทานยาปฏิชีวนะจะยังคงมีชีวิตอยู่และสืบทอดลักษณะดังกล่าวไปยังรุ่นต่อๆ ไป นอกจากนี้แบคทีเรียดังกล่าวยังสามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางพันธุกรรมในประชากรแบคทีเรียให้ต้านทานต่อยาปฏิชีวนะได้อีกด้วย ทำให้เกิดการดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียเพิ่มมากขึ้น

          จากตอนที่ 1 ที่กล่าวถึงกลไกของเซลล์แบคทีเรียที่ใช้ในการลำเลียงยาปฏิชีวนะออกไปนอกเซลล์ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือย่อยยาปฏิชีวนะ และการป้องกันไม่ให้ยาปฏิชีวนะเข้าสู่เซลล์ กลไกเหล่านี้ทำให้แบคทีเรียรอดชีวิตจากการทำลายของยาปฏิชีวนะได้ ในตอนที่ 2 นี้ จะกล่าวถึงกลไลในระดับโมเลกุลที่ทำให้เกิดการดื้อยาในแบคทีเรีย รวมทั้งวิธีการที่แบคทีเรียถ่ายทอดความสามารถในการดื้อยาไปสูแบคทีเรียเซลล์อื่น

กลไกในระดับโมเลกุลที่ทำให้เกิดการดื้อยาในแบคทีเรีย (molecular mechanisms of resistance) แบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ

          1.  intrinsic resistance  เป็นการดื้อยาโดยธรรมชาติของแบคทีเรียเอง  โดยแบคทีเรียทุกสายพันธุ์หรือเกือบทุกสายพันธุ์ในสปีชีส์นั้นมีความสามารถในการต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ เช่น การดื้อต่อยาแวนโคมัยซินของแบคทีเรียแกรมลบทั้งหมด เนื่องจากยาไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปภายในเซลล์ของแบคทีเรียได้  หรือการดื้อต่อยาแอมพิซิลลินของ Klebsiella spp. เนื่องจากแบคทีเรียสามารถสร้างเอนไซม์ที่ย่อยสลายยาได้

          2. acquired resistance เป็นการดื้อยาที่พบในแบคทีเรียบางสายพันธุ์หรือบางประชากรของแบคทีเรียในสปีชีส์นั้น ทำให้แบคทีเรียที่เคยถูกทำลายได้ด้วยยาปฏิชีวนะกลายเป็นแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะได้ ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมหรือปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางพันธุกรรมในประชากรแบคทีเรีย จากกลไกต่างๆ ดังนี้

               2.1   แบคทีเรียเกิดมิวเทชัน (mutation) เป็นการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมในเซลล์แบคทีเรียเอง เช่น การเปลี่ยนแปลงลำดับหรือจำนวนเบสใน DNA มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ซึ่งอาจทำให้ลำดับและชนิดของกรดอะมิโนเปลี่ยนไปสงผลให้สมบัติของโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นแตกต่างไปจากเดิม

               2.2   แบคทีเรียได้รับยีนต้านทานยาปฏิชีวนะมาจากแบคทีเรียเซลล์อื่น (horizontal gene transfer) ซึ่งอาจจะเป็นแบคทีเรียในสปีชีส์เดียวกัน หรือต่างสปีชีส์หรือต่างจีนัสกันก็ได้ การเคลื่อนย้ายยีนนี้เกิดจากวิธีการหลัก 3 แบบ คือ

                      – คอนจูเกชัน (conjugation) คือการที่แบคทีเรียมาจับคู่กัน แล้วมีการถ่ายทอดสารพันธุกรรมที่เป็นพลาสมิดผ่านทางพิไล (pili) โดยที่แบคทีเรียเซลล์หนึ่งจะเป็นผู้ให้ (donor) และอีกเซลล์หนึ่งเป็นผู้รับ (recipient) โดยที่ทั้ง 2 เซลล์จะต้องเป็นแบคทีเรียสปีชีส์เดียวกัน ในการถ่ายทอดสารพันธุกรรมนี้ พลาสมิดที่มียีนต้านทานยาปฏิชีวนะของเซลล์ผู้ให้จะถูกจำลองขึ้น และเคลื่อนที่ไปยังเซลล์ผู้รับ ทำให้เซลล์ผู้รับมีพลาสมิดที่มียีนต้านทานยาปฏิชีวนะ ทำให้เกิดการดื้อยาปฏิชีวนะนั้นได้ ดังภาพที่ 1

                       

 

ภาพที่ 1 การเกิดคอนจูเกชันของแบคทีเรีย

                      – ทรานสฟอร์เมชัน (transformation)  เป็นการเคลื่อนย้ายสารพันธุกรรมหรือ DNA จากแบคทีเรียเซลล์หนึ่งไปยังแบคทีเรียอีกเซลล์หนึ่ง ซึ่งอาจเป็นแบคทีเรียสปีชีส์เดียวกันแต่ต่างสายพันธุ์ หรืออาจเกิดในแบคทีเรียต่างสปีชีส์กันก็ได้ การถ่ายทอดสารพันธุกรรมแบบนี้จะเกิดได้ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม และเซลล์ผู้รับจะต้องมีสภาพทางสรีรวิทยาที่เหมาะสมด้วย เรียกเซลล์นี้ว่า คอมพีเทนทฺ (compent cell) ผนังเซลล์ของเซลล์ผู้รับจะเกิดเป็นช่องหรือรูทำให้ DNA จากเซลล์ผู้ให้สามารถเข้าไปในเซลล์ผู้รับได้ DNA ที่เคลื่อนย้ายอาจจะเป็นชื้นส่วนของโครโมโซม ดังภาพที่ 2 หรือเป็นพลาสมิด ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 2 การเกิดทรานสฟอร์เมชันโดยการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนโครโมโซม

 

 

ภาพที่ 3 การเกิดทรานสฟอร์เมชันโดยการเคลื่อนย้ายพลาสมิด

                     –  ทรานสดักชัน (transduction) เป็นการเคลื่อนย้ายสารพันธุกรรมหรือ DNA จากแบคทีเรียเซลล์หนึ่งไปยังแบคทีเรียอีกเซลล์หนึ่งโดยอาศัยไวรัสของแบคทีเรียที่เรียกว่าแบคเทอริโอฟาจ (bacteriophage) DNA ของแบคเทอริโอฟาจนี้จะเข้าไปในเซลล์ผู้ถูกอาศัย เมื่อได้รับสารเคมีบางอย่างหรือได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตจะไปชักนำให้แบคเทอริโอฟาจเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว และทำให้เซลล์แบคทีเรียแตก และแบคเทอริโอฟาจออกมานอกเซลล์แบคทีเรีย ภายในแบคเทอริโอฟาจอนุภาคใหม่นี้ บางอนุภาคจะมีชิ้นส่วนโครโมโซมของเซลล์ผู้ให้ จากนั้นแบคเทอริโอฟาจที่เกิดใหม่นี้จะไปเข้าอาศัยในแบคทีเรียตัวใหม่และนำชิ้นส่วนโครโมโซมของเซลล์ผู้ให้เข้าไปด้วย ดังนั้นแบคเทอริโอฟาจจึงสามารถนำ DNA จากแบคทีเรียเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ และถ้า DNA นั้นมียีนต้านทานยาปฏิชีวนะ จะทำให้แบคทีเรียเซลล์ใหม่ที่เป็นเซลล์ผู้รับดื้อต่อยาปฏิชีวนะด้วย ดังภาพที่ 4         

ภาพที่ 4 การเกิดทรานสดักชันโดยไวรัส

          จากกลไกดังที่กล่าวมาจะเห็นว่า ยีนต้านทานยาปฏิชีวนะมีการเคลื่อนย้ายได้ในประชากรของแบคทีเรีย ถ้าหากในประชากรบางส่วนของแบคทีเรียสปีชีส์ใดสปีชีส์หนึ่งเกิดการดื้อยาขึ้น ก็จะมีโอกาสที่จะถ่ายทอดยีนนั้นไปยังแบคทีเรียอื่นๆ ทำให้ประชากรแบคทีเรียดื้อยาปฏิชีวนะเพิ่มจำนวนมากขึ้น ซึ่งถ้าเป็นเช่นนี้แล้ว หากเกิดการเจ็บป่วยจากการติดเชื้อแบคทีเรียก็จะไม่สามารถรักษาให้หายได้ด้วยยาปฏิชีวนะชนิดเดิม และจะต้องใช้ยาปฏิชีวนะชนิดใหม่หรือใช้ยาเดิมในปริมาณ (dose) ที่สูงขึ้น แต่ในปัจจุบันมีการค้นพบหรือผลิตยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ขึ้นน้อยมาก จึงทำให้ต้องใช้ยาชนิดเดิมในปริมาณที่สูงขึ้นซึ่งอาจจะเป็นพิษต่อร่างกายผู้ใช้ได้ ถ้ายังมีการใช้ยาปฏิชีวนะโดยขาดความระมัดระวัง ก็จะเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้แบคทีเรียเกิดการดื้อยาเพิ่มมากขึ้น ซึ่งอาจจะทำให้ไม่มียาปฏิชีวนะชนิดใดสามารถนำมาใช้รักษาโรคนั้นได้อีก ดังนั้นจึงควรมีการควบคุมการใช้ยาปฏิชีวนะ เช่น ใช้ยาเท่าที่จำเป็น ไม่ซื้อยามารับประทานเองให้ใช้ยาปฏิชีวนะตามที่แพทย์สั่งเท่านั้น และรับประทานยาให้ครบวันตามที่ได้รับมา  ไม่หยุดรับประทานยาก่อนกำหนด ดังนั้นการใช้ยาปฏิชีวนะอย่างถูกวิธีและใช้เท่าที่จำเป็นก็จะช่วยป้องกันไม่ให้แบคทีเรียเกิดการดื้อยาเพิ่มมากขึ้นได้

เอกสารอ้างอิง

วีรวรรณ ลุวีระ. การดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย. สงขลานครินทร์เวชสาร. ฉบับที่ 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. 1^st 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).