Lekooporna bakteria potrafi rozkładać stosowane w medycynie tworzywa sztuczne

Naukowcy odkryli, że często powodująca zakażenia wewnątrzszpitalne bakteria potrafi rozkładać stosowany w zabiegach medycznych plastik, z którego wytwarzane są stenty czy różnorakie implanty, co potencjalnie czyni ją jeszcze bardziej niebezpieczną. Pałeczka ropy błękitnej, bo o niej mowa, może rozwijać się w sterylnych środowiskach, wykorzystując tworzywa sztuczne do wzrostu.

Pałeczka ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa) to patogen, który może wywołać u osób z obniżoną odpornością szereg niebezpiecznych chorób, jak sepsa, ostre zapalenie płuc, czy zakażenia ran, kości, stawów, układu moczowego, gałki ocznej oraz zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych. Bakterie te często powodują zakażenia wewnątrzszpitalne.

Pałeczka ropy błękitnej jest szeroko rozpowszechniona w środowisku. Bytuje w glebie, zbiornikach wodnych czy rzekach. Posiada różnorodne mechanizmy budujące jej lekooporność. Niektóre jej szczepy są oporne na działanie większości antybiotyków, dlatego też leczenie zakażeń pałeczką ropy błękitnej jest wyjątkowo trudne.

W niedawnych pracach naukowcy przeanalizowali szczep wyizolowany w szpitalu z rany pacjenta i okazało się, że wytwarza on enzym, który rozkłada stosowane w medycynie tworzywa sztuczne. Z takiego tworzywa wytwarzane są chociażby stenty, szwy, różne implanty i inne urządzenia medyczne. Pałeczka ropy błękitnej może wykorzystywać tego typu plastik jako źródło węgla do wzrostu.

Badania nad pałeczką ropy błękitnej ukazały się na łamach pisma „Cell Reports” (DOI: 10.1016/j.celrep.2025.115650).

Uporczywe bakterie

W nowych badaniach naukowcy zidentyfikowali enzym o nazwie Pap1, który został wyprodukowany przez pałeczkę ropy błękitnej. Enzym ten może rozkładać polikaprolakton (PCL). To biodegradowalny plastik, który dzięki temu, że w organizmie człowieka ulega powolnemu rozkładowi (proces ten można przyspieszyć), znalazł wiele zastosowań medycznych. Wytwarza się z niego m.in. wchłanialne nici chirurgiczne, cewniki, respiratory, implanty i plastikowe opakowania na narzędzia medyczne.

Wiele bakterii wytwarza enzymy, które rozkładają plastik, ale wszystkie zostały wyizolowane ze środowiska. Pap1 został odkryty w placówce medycznej, gdzie są sterylne warunki, a przynajmniej, takie być powinny. Odkrycie to może wyjaśniać, dlaczego te bakterie są tak uporczywe w szpitalach. Jeśli są w stanie rozłożyć plastik, mogą zanieczyszczać powierzchnie i narzędzia, które dotychczas uważane były za sterylne.

– Musimy ponownie rozważyć, w jaki sposób patogenom udaje się przetrwać w środowisku szpitalnym – powiedział Ronan McCarthy z Brunel University of London, główny autor badania. – Tworzywa sztuczne mogą potencjalnie stanowić pożywienie dla tych bakterii. Patogeny z tą zdolnością mogą przetrwać dłużej w środowisku szpitalnym. Oznacza to, że każdy sprzęt medyczny lub zabieg z użyciem sprzętu zawierającego plastik, może być podatny na degradację przez bakterie – dodał.

Obecnie nie jest jasne, w jaki sposób zdolność pałeczki ropy błękitnej do żywienia się plastikiem wpływa na infekcje w szpitalach, w których przecież obowiązują restrykcyjne protokoły czyszczenia, właśnie po to, żeby uniknąć narażania pacjentów i instrumentów medycznych na bakterie.

Lekooporność pałeczki ropy błękitnej

Wiele szczepów pałeczki ropy błękitnej nabyło oporność na szeroką gamę antybiotyków. Te oporne drobnoustroje mogą zanieczyszczać różnorakie urządzenia szpitalne, co sprawia, że Pseudomonas aeruginosa jest częstą przyczyną zakażeń szpitalnych, szczególnie wśród podatnych pacjentów z obniżoną odpornością. Bakteria ta powoduje ponad pół miliona zgonów rocznie na całym świecie. Jednak sposób, w jaki rozwija się w pozornie sterylnych środowiskach szpitalnych, pozostaje niejasny.

W swoich pracach naukowcy pobrali wymaz z rany pacjenta i przeanalizowali go, co wykazało, że bakteria może wytwarzać enzym o nazwie Pap1. Następnie sprawdzili, czy ten enzym jest rzeczywiście odpowiedzialny za rozkład plastiku. Wprowadzili gen kodujący Pap1 do bakterii Escherichia coli i okazało się, że bakteria zaczęła produkować enzym, który rozkłada PCL. Gdy usunęli gen kodujący enzym u pałeczki ropy błękitnej, ta nie była już w stanie rozkładać plastiku.

Uczeni odkryli również, że enzym zwiększa ilość biofilmu, jaki bakterie mogą wytworzyć, co może odgrywać rolę w rozwijaniu oporności. „Biofilmy są dominującym sposobem wzrostu bakterii, a przyjęcie tego sposobu wzrostu może sprawić, że patogeny będą szczególnie oporne na leczenie” – przyznał zespół w artykule.

Enzym pomaga w przetrwaniu

Naukowcy przypuszczają, że zdolność do degradacji plastiku pomaga bakteriom przetrwać. Jeśli mogą tworzyć małe wgłębienia w tworzywach, mają szansę wykorzystać je jako nisze, które chronią je przed układem odpornościowym, środkami dezynfekującymi lub antybiotykami.

„Stwarza to kilka wyzwań klinicznych w odniesieniu do infekcji. PCL jest szeroko stosowany w opiece medycznej i jest jednym z materiałów będących na czele innowacji biotechnologicznych ze względu na korzystny profil biokompatybilności. Z perspektywy gospodarza, zdolność patogenu do naruszenia integralności strukturalnej dowolnego urządzenia medycznego lub implantu zawierającego PCL prawdopodobnie spowoduje niepowodzenie interwencji medycznej” – wyjaśnili badacze w publikacji.

Zespół opracowuje obecnie testy, aby sprawdzić, czy inne patogeny mogą produkować enzymy degradujące plastik. Uczeni chcą również sprawdzić, czy dodatek środków antybakteryjnych do PCL zmniejszy zdolność pałeczki ropy błękitnej do rozkładania tworzywa, a jeśli tak, to czy przełoży się to na ilość zakażeń wewnątrzszpitalnych.

– Plastik jest wszędzie we współczesnej medycynie i okazuje się, że niektóre patogeny przystosowały się do jego degradacji. Musimy zrozumieć, jaki wpływ ma to na bezpieczeństwo pacjentów – podkreślił McCarthy.

Źródło: Live Science, IFLScience, fot. Wikimedia Commons/ CDC/ Janice Haney Carr/ CC0