Antibióticos e seleção natural

Os antibióticos são substâncias químicas que inibem o desenvolvimento de microrganismos (bactérias e fungos). Muitos antibióticos são naturais – ou seja, são produzidos naturalmente, por diversos organismos vivos: plantas, animais e microrganismos. Vários antibióticos são produtos do metabolismo secundário de organismos vivos. O metabolismo secundário é constituído por vias metabólicas que são particulares a indivíduos de uma determinada espécie, ou gênero. Sendo assim, organismos “parentes” costumam produzir substâncias parecidas. Estas substâncias podem exercer as mais variadas funções, dentre as quais de inibir o desenvolvimento de microrganismos.

Os antibióticos naturais são alguns dos mais importantes antibióticos utilizados para o tratamento de infecções bacterianas ou fúngicas. Alguns exemplos de antibióticos naturais são as penicilinas (de fungos do gênero Penicillium), os aminoglicosídios como a estreptomicina (produzidos por bactérias do gênero Streptomyces) e os antibióticos poliaromáticos como as antraciclinas e tetraciclinas (produzidos principalmente por fungos e também por bactérias). Vários antibióticos são importantes não somente para tratar doenças humanas, mas também (e infelizmente) para a criação de gado, aves e porcos para o consumo humano.

Mais da metade de todos os antibióticos conhecidos são produzidos por bactérias do solo, e estas substâncias exercem funções extremamente importantes na manutenção da população de microrganismos. Associados à presença de antibióticos, muitos microrganismos desenvolveram resistência a estas substâncias, de maneira a poderem sobreviver na presença destas. Ou seja, no ambiente existem tanto microrganismos sensíveis como resistentes a antibióticos.

O surgimento de rotas metabólicas que levaram à formação de determinados antibióticos é fruto de pressões seletivas ao longo da evolução. Além disso, a persistência de uma rota metabólica em um determinado microrganismo deve ser decorrente de seus produtos conferirem algum tipo de vantagem adaptativa. No entanto, sabe-se que muitos antibióticos não são persistentes no ambiente – sofrem mudanças, em decorrência de estarem expostos a fatores como variação de pH, irradiação UV e até mesmo degradação por outros microrganismos.

Estudos recentes demonstraram que a tetraciclina (Tet) sofre mudanças estruturais no ambiente, e que os produtos de transformação da tetraciclina são mais estáveis (mais persistentes) no ambiente. Tais transformações são extremamente importantes, pois vários microrganismos são resistentes à tetraciclina, mas não são resistentes à seus produtos de transformação: a epitetraciclina (ETC), a anidrotetraciclina (ATC) e a epianidrotetraciclina (EATC).

Observou-se que os produtos de degradação da tetraciclina regulam os níveis populacionais de bactérias resistentes à tetraciclina. Enquanto a tetraciclina atua selecionando bactérias que adquirem resistência à própria tetraciclina, os produtos de transformação ETC, ATC e EATC atuam selecionando bactérias para se tornarem sensíveis à tetraciclina. O acúmulo de ETC, ATC e EATC também favorece o desaparecimento de linhagens bacterianas resistentes. E mais: enquanto que a seleção inicial em favor da resistência é de curta duração, a seleção subseqüente em favor de linhagens sensíveis é de longa duração.

Outro fator que influencia o surgimento e permanência de linhagens resistentes ou sensíveis a antibióticos no ambiente é a concentração dos antibióticos ali presentes. A diluição de tetraciclina e de seus produtos afeta diretamente o surgimento de resistência à tetraciclina. Em ambientes com forte ação humana, o desaparecimento da tetraciclina é devido à diluição muito mais do que à sua transformação em ETC, ATC ou EATC. Não há tempo para que a tetraciclina, que induz o surgimento de espécies resistentes, seja transformada nos seus produtos, que induzem o surgimento de espécies sensíveis. Sendo assim, nestes ambientes (de forte ação humana) existe uma maior propensão para que existam maiores concentrações de bactérias resistentes à tetraciclina.

Também se observou que a somatória das ações antibacterianas entre tetraciclina, ATC e EATC é aditiva. Prevalece a ação daquela(s) substância(s) que se encontra(m) em maior concentração.

A pesquisa realizada indica que, no ambiente natural, a ação de antibióticos é extremamente complexa. Os antibióticos originalmente produzidos por microrganismos sofrem vários processos de mudanças, em diferentes taxas de transformação, originando misturas complexas que exercem diferentes padrões de ação antibiótica. Um determinado antibiótico produzido por um determinado microrganismo resulta de um longo processo de seleção natural para sua biossíntese. Porém a persistência da rota de produção deste antibiótico será também função dos produtos de degradação do mesmo, que também conferem vantagens adaptativas ao microrganismo que produz o antibiótico original.

No caso da tetraciclina, um de seus produtos de transformação, a ATC, é também um dos precursores para formar a própria tetraciclina!
Verifica-se, assim, que a ocorrência de linhagens microbianas que produzem antibióticos é muito mais favorecida no ambiente natural do que quando isolada em laboratório. Em laboratório não existe competição entre linhagens de bactérias e fungos (pois estão todas isoladas e puras), o pH do meio  e a luminosidade são cuidadosamente controlados. Logo, nestas condições os microrganismos não são estimulados a produzirem antibióticos.

O estudo realizado se revela extremamente importante não só para melhor se entender os processos de seleção natural de microrganismos, mas também os fatores que regulam a produção de antibióticos, hoje essenciais para a sociedade.

Referência
ResearchBlogging.orgPalmer, A., Angelino, E., & Kishony, R. (2010). Chemical decay of an antibiotic inverts selection for resistance Nature Chemical Biology, 6 (2), 105-107 DOI: 10.1038/nchembio.289

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