Bakteriálna rezistencia nie je evolúcia!

Evolucionisti často poukazujú na vzostup odolnosti voči antibiotikám u baktérií ako na ukážku evolučnej zmeny. Avšak molekulárna analýza genetických udalostí, ktoré vedú k odolnosti voči antibiotikám, túto domnienku nepodporuje. Mnohé baktérie sa stávajú odolnými prijatím génov z plazmidov či transpozónov prostredníctvom horizontálneho prenosu génov. Tento prenos však nevysvetľuje pôvod odolných génov, ale iba ich šírenie medzi baktériami.

Na druhej strane mutácie síce môžu vysvetliť vznik odolnosti voči antibiotikám, no vyžadujú mutačné procesy, ktoré sú v rozpore s predpokladmi evolúcie. Tieto mutácie často obmedzujú alebo úplne vylučujú funkciu transportných proteínov a porínov, narúšajú väzbovú schopnosť proteínov, enzýmové aktivity, protonmotrickú silu či regulačné kontrolné systémy.

Hoci takéto mutácie možno označiť za prínosné, keďže predlžujú prežitie baktérie v prítomnosti antibiotika, ide o zmeny, ktoré neposkytujú genetický mechanizmus spoločného „pôvodu s modifikáciou“. Sú vykúpené stratou relatívnej zdatnosti, pričom reverzné mutácie môžu obnoviť väčšinu, ak nie všetku, pôvodnú bakteriálnu fitness. Skutočnou biologickou cenou je však vždy strata už existujúcich bunkových systémov alebo funkcií.

Takáto strata bunkovej aktivity preto nemôže byť považovaná za genetický prostriedok podporujúci evolúciu.

POJMY:

• Plazmid – kruhová molekula DNA nesúca jeden alebo viac génov, ktorá môže existovať v baktériách mimo chromozómu a nezávisle sa množiť. Často obsahuje gény rezistencie voči antibiotikám.
• Transpozón – sekvencia DNA schopná meniť svoju polohu v genóme, tzv. pohyblivý gén. Presun môže prebehnúť s duplikáciou DNA alebo bez nej.
• Poríny – bielkovinové molekuly vo vonkajšej membráne gramnegatívnych baktérií, tvoriace kanáliky. Zmeny ich štruktúry alebo permeability bunkovej membrány môžu zabrániť vstupu antibiotika.

Vďaka rýchlemu množeniu, jednoduchej laboratórnej analýze a širokému spektru laboratórne získaných mutantov sú baktérie považované za ideálny model na štúdium evolučných procesov (Mortlock, 1984). Získanie odolnosti voči antibiotiku poskytuje baktérii výraznú výhodu v prostredí, kde je tomuto antibiotiku vystavená. Preto sa odolnosť voči antibiotikám často uvádza ako príklad „evolučnej zmeny“ a býva označovaná ako „evolúcia na Petriho miske“.

Miller (1999) opisuje vznik antibiotickej rezistencie ako prejav „tvorivej sily evolúcie“. Barlow a Hall (2002) ju označujú za „jedinečnú príležitosť pozorovať evolučné procesy v priebehu niekoľkých desaťročí“ namiesto tisícok rokov, ktoré by si podľa nich vyžadovali.

„Petriho miska – pomenovaná po bakteriológovi R. J. Petrim (1852 – 1921) – je malá okrúhla miska používaná najmä na kultiváciu mikroorganizmov. Previslý okraj viečka bráni vzdušnej kontaminácii obsahu, no nebráni prístupu kyslíka.“

Evolúcia je často definovaná ako „zmena“ alebo „zmena vo frekvencii génov v priebehu času“ a podľa evolucionistov sa za „evolučnú zmenu“ považuje akákoľvek zmena genotypu alebo fenotypu. V takom prípade by do tejto definície spadala každá biologická zmena organizmu, vrátane odolnosti voči antibiotikám.

Takáto definícia však zapadá aj do modelu stvorenia a nijako sa voči nemu nevymedzuje. Navyše nešpecifikuje typ zmeny, teda či ide o prínosnú alebo zhubnú zmenu, a neposkytuje evolučnej teórii žiadnu predpovednú hodnotu. Napriek tomu je každá zmena označená ako „prínosná adaptácia“ automaticky považovaná za hnaciu silu evolúcie.

Niektoré mutácie, ako napríklad odolnosť voči antibiotikám, môžu byť skutočne prínosné v tom zmysle, že zvyšujú schopnosť organizmu prežiť v špecifických podmienkach prostredia. Práve preto evolucionisti tvrdia, že existuje množstvo genetických príkladov „evolučných zmien“ a že ich kritika je len popieraním zjavne pozorovateľných javov.

Teória evolúcie tvrdí, že všetok život na Zemi má spoločný pôvod. Znamená to, že všetky formy života zdieľajú spoločného evolučného predka, z ktorého sa mali postupne vyvinúť – ide o tzv. pôvod života zo spoločného počiatku. Darwin (1936) vo svojom súhrnnom konštatovaní uvádza, že teória pôvodu s modifikáciou zahŕňa všetkých členov tej istej veľkej triedy či ríše a že všetky zvieratá a rastliny pochádzajú z nejakého jediného prototypu (s. 370). Na základe tohto pôvodu s modifikáciou si evolučná teória nárokuje vysvetlenie pôvodu aj rozmanitosti celého biologického vývoja na Zemi.

Spoločný pôvod s modifikáciou je preto považovaný za vhodnejšiu a funkčnejšiu definíciu evolučnej teórie a aj tento text pracuje s evolúciou práve v tomto kontexte. Táto definícia však zároveň obsahuje viaceré zásadné predpoklady o typoch genetickej zmeny, ktoré by museli nastať, aby bol možný všeobecný pôvod zo spoločného predka. Tieto predpoklady sú pritom v ostrom rozpore s predpokladmi kreacionistického modelu.

Takéto zmeny nemôžu zahŕňať iba zmeny vo fenotype, ale musia obsahovať aj genetický mechanizmus riadiaci bunkové funkcie a aktivity, teda regulačné systémy, transportné systémy, špecifickosť enzýmov, slučivosť viažucich proteínov a ďalšie kľúčové biologické procesy.

Genetické zmeny, ktoré obmedzujú alebo úplne vylučujú niektorý z bunkových systémov, neposkytujú genetický mechanizmus pre spoločný pôvod s modifikáciou. V skutočnosti ide o pravý opak vzostupného evolučného procesu, pretože tieto zmeny obmedzujú alebo ničia už existujúcu biologickú zložitosť. Presnejšie by sme ich mali označiť ako spoločný úpadok s modifikáciou.

Takéto genetické zmeny preto nepredstavujú mechanizmus pre evolučné získanie schopnosti letu u nelietajúcich organizmov, schopnosti myslenia u nemysliacich organizmov ani schopnosti fotosyntézy u nefotosyntetizujúcich organizmov. Napriek tomu evolučná teória predpokladá, že k takýmto udalostiam dochádza, a vyžaduje mutácie, ktoré by boli schopné vyvolať tieto zásadné genetické zmeny. Evolučné predpoklady si teda vyžadujú špecifické typy zmien, nielen všeobecne označované prínosné mutácie.

Napriek sebavedomým tvrdeniam evolucionistov je preto oprávnené položiť si otázku, či získanie odolnosti voči antibiotikám predstavuje platný a relevantný príklad evolučnej zmeny, ktorý skutočne podporuje predpoklady evolučnej teórie, teda spoločného pôvodu s modifikáciou.

Jedným zo spôsobov, akým môžu baktérie získať odolnosť voči antibiotikám, je horizontálny prenos génov zodpovedných za túto odolnosť. Tento proces je pomerne bežný (Gómez, 1998; Top et al., 2000) a stojí za mnohými prípadmi výskytu rezistentných baktérií. Ide však výlučne o prenos už existujúcich odolných génov, ktoré sa v bakteriálnom svete nachádzali už predtým.

Aj keď je horizontálne získanie odolných génov prínosné pre baktérie vystavené konkrétnemu antibiotiku, tento proces nevysvetľuje pôvod ani rozmanitosť týchto génov. Nedokáže zabezpečiť genetický mechanizmus vzniku nových génov odolných voči antibiotikám. Evolúcia v rámci spoločného pôvodu s modifikáciou však tvrdí, že dokáže vysvetliť pôvod aj rozmanitosť života na Zemi.

Samotné presúvanie už existujúcich génov medzi organizmami preto neposkytuje potrebný genetický mechanizmus pre tieto tvrdenia. Navyše nedokáže uspokojivo vysvetliť súčasný vývoj biosyntézy antibiotík ani vznik odolných génov, čo predstavuje vážnu evolučnú záhadu (Penrose, 1998). Z tohto dôvodu horizontálny prenos génov nemožno považovať za presvedčivý príklad evolúcie na Petriho miske.

Mutácie sú definované ako akékoľvek zmeny v sekvencii DNA (Snyder a Champness, 2003) a predstavujú jediný známy genetický mechanizmus, prostredníctvom ktorého by bolo možné získať novú genetickú aktivitu a funkciu v biologickom svete. Z tohto dôvodu sú mutácie považované za jediný proces, ktorým by evolúcia mohla vysvetliť pôvod odolnosti voči antibiotikám. Iba odolnosť vzniknutá mutáciou je preto označovaná ako možný príklad evolúcie v akcii, teda pôvodu s modifikáciou.

V prítomnosti konkrétneho antibiotika alebo iného antimikrobiálneho prostriedku má každá mutácia, ktorá chráni baktériu pred smrteľným účinkom tejto látky, zjavne prínosný fenotyp. Prírodný výber následne selektuje práve tieto odolné mutanty ako súčasť adaptívnej reakcie. Avšak molekulárna analýza takýchto mutácií odhaľuje výrazný nesúlad medzi skutočnou povahou mutácií a požiadavkami evolučnej teórie.

Prehľad fenotypických mutantov odolných voči špecifickým antibiotikám:

Bakteriálna odolnosť voči antibiotiku rifampinu môže byť výsledkom spontánnej mutácie, ktorá sa vyskytuje prirodzene. Rifampin bráni prepisu baktérie tým, že narúša normálnu aktivitu RNA polymerázy (Gale et al., 1981; Leyin a Hatfull, 1993). Baktéria môže získať odolnosť mutáciou podjednotky beta RNA polymerázy, ktorá je kódovaná génom rpoB (Enright et al., 1998; Taniguchi et al., 1996; Wang et al., 2001; Williams et al., 1998).

Táto mutácia dostatočne mení štruktúru β podjednotky, čím sa stráca jej špecificita pre molekulu rifampinu. Výsledkom je, že RNA polymeráza už nemá väzbovú slučivosť s rifampinom a nie je tak ovplyvnená obmedzujúcim účinkom antibiotika.

• Polymeráza – enzým katalyzujúci polymerizáciu.
• RNA polymeráza – enzým, ktorý katalyzuje tvorbu RNA z prekurzoru za prítomnosti existujúcej RNA ako šablóny.

Hladina odolnosti voči rifampinu, ktorú môže baktéria spontánne získať, môže byť extrémne vysoká. V laboratórnych podmienkach je bežné získať kmene mutantov s hladinou odolnosti niekoľkonásobne vyššou než u divokých kmeňov. Ak je rifampin prítomný, táto mutácia poskytuje baktérii výraznú výhodu prežitia v porovnaní s bunkami, ktoré tieto mutácie nemajú. Každá z týchto mutácií však zároveň znižuje väzbovú slučivosť RNA polymerázy s rifampinom.

Spontánna odolnosť voči fluórchinolónom (ako sú ciprofloxacín či norfloxacín) je tiež častou mutáciou u niektorých baktérií. Primárnym cieľom týchto antibiotík je enzým DNA gyráza, ktorý sa skladá z dvoch proteínov kódovaných génmi gyrA a gyrB (Hooper a Wolfson, 1993). Genetická analýza ukázala, že odolnosť voči tejto triede antibiotík môže vzniknúť mutáciou v jednom z týchto génov (Barnard a Maxwell, 2001; Griggs et al., 1996; Heddle a Maxwell, 2002; Heisig et al., 1993; Willmott a Maxwell, 1993).

Tieto mutácie v podjednotkách gyrázy spôsobujú prispôsobivú zmenu enzýmu, v dôsledku ktorej je väzbová slučivosť s fluórchinolónmi obmedzená alebo úplne stratená. Hoci môžu byť tieto mutácie označované ako „prínosné“, pretože zvyšujú odolnosť baktérie, neposkytujú vysvetlenie pôvodu samotnej slučivosti gyrázy s fluórchinolónmi.

Fluórchinolóny sú chinolóny, ktoré obsahujú vo svojej molekule fluór. Medzi najznámejšie patria chinolóny III. generácie, napríklad ciprofloxacín, ofloxacín a ďalšie.

Gyráza je enzým nevyhnutný pre správny priebeh replikácie DNA, známy aj ako topoizomeráza II. Umožňuje zavíjanie a rozvíjanie replikovanej DNA. Inhibícia bakteriálnej gyrázy je hlavným mechanizmom účinku chinolónov. Mutácia gyrázy môže byť podstatou bakteriálnej rezistencie voči chinolónom.

Odolnosť voči streptomycínu môže byť takisto dôsledkom spontánnych bakteriálnych mutácií. Streptomycín blokuje syntézu bielkovín tým, že sa viaže na 16S ribozómovú RNA a narúša ribozómovú aktivitu (Carter et al., 2000; Leclerc et al., 1991).

K odolnosti môže dôjsť mutáciami v géne 16S rRNA, ktoré znižujú väzbovú slučivosť streptomycínu s 16S. Obmedzenie špecifických transportných aktivít môže viesť k spontánnej odolnosti voči niektorým antibiotikám vrátane streptomycínu (Kashiwagi et al., 1998). Oligopeptid je peptid tvorený menej než 25 aminokyselinami.

Strata enzymatickej aktivity môže viesť k odolnosti voči metronidazolu. Toto antibiotikum musí byť v bunke aktivované enzýmom, aby pôsobilo ako antimikrobiálna látka. Aktivácia prebieha pomocou NADPH nitroreduktázy. Ak metronidazol nie je aktivovaný, zostáva neúčinný. K strate aktivity reduktázy môže dôjsť mutáciou typu nonsense alebo deléciou génu rdxA (Debets–Ossenkopp et al., 1999; Goodwin et al., 1998; Tankovic et al., 2000).

Aktivita NADPH nitroreduktázy môže byť výrazne obmedzená jedinou missense mutáciou, teda zmenou jednej aminokyseliny, ktorá naruší schopnosť enzýmu aktivovať metronidazol (Paul et al., 2001). Všetky tieto mutácie vedú k strate enzymatickej aktivity, ktorá je nevyhnutná na účinné pôsobenie lieku v bunke, čím sa baktéria stáva odolnou voči metronidazolu.

• Mutácia nonsense – substitučná bodová mutácia, pri ktorej sa z pôvodného kodónu stane terminačný kodón. Výsledkom je predčasné ukončenie translácie bielkoviny, čo vedie k strate alebo vážnemu poškodeniu jej funkcie.
• Mutácia missense – substitučná bodová mutácia, pri ktorej sa kodón zmení tak, že dôjde k zámene aminokyseliny v príslušnom proteíne.

Niektoré baktérie, vrátane Escherichia coli, využívajú odtokovú pumpu MAR (systém mnohočetnej antibiotickej rezistencie), ktorá zabezpečuje odolnosť voči viacerým typom antibiotík, ako sú erytromycín, tetracyklín, ampicilín či kyselina nalidixová. Táto pumpa aktívne vypudzuje antibiotikum z bunkovej cytoplazmy a udržiava vnútrobunkovú koncentráciu liečiv pod smrteľnou hranicou (Grkovic et al., 2002; Okusu et al., 1996).

Pumpa MAR je tvorená bielkovinami MarA a MarB, pričom ich syntézu za normálnych okolností tlmí regulačná bielkovina MarR (Alekshun a Levy, 1999; Poole, 2000). Mutácie, ktoré obmedzujú alebo úplne rušia represívnu funkciu MarR, vedú k nadprodukcii odtokovej pumpy MarAB. Výsledkom je schopnosť bunky vypudzovať vyššie koncentrácie antibiotík a iných antibakteriálnych látok (Oethinger et al., 1998; Poole, 2000; Zarantonelli et al., 1999).

E. coli (vyslovuje sa ešerišia koli) je gramnegatívna baktéria z rodu Escherichia, patriaca do čeľade Enterobacteriaceae. Bežne sa nachádza v ľudskom tráviacom trakte, predovšetkým v hrubom čreve. Za určitých okolností však môže spôsobiť závažné infekcie.

• Escherich Theodor (1857 – 1911) – nemecký pediater a profesor pediatrie vo Viedni, ktorý významne prispel k rozvoju bakteriológie a chémie v oblasti detskej hygieny a výživy.

Bielkovina MarA pôsobí ako kladný regulátor, ktorý stimuluje zvýšenú produkciu bielkovín MarA aj MarB (Alekshun a Levy, 1999). Zároveň nepriamo znižuje expresiu porínu OmpF, čo je membránový kanál umožňujúci vstup niektorých antibiotík do bunky (Cohen et al., 1988). Zvýšená expresia MarA tak vedie k intenzívnejšiemu odtoku antibiotík a súčasne k obmedzeniu ich vstupu do bunky.

V genetike pojem génová expresia označuje aktivitu génu a syntézu príslušného proteínu na základe genetickej informácie. V ľudských bunkách je z približne 50 000 génov aktívna vždy len ich časť. Riadenie génovej expresie je preto kľúčovým mechanizmom určujúcim funkciu aj diferenciáciu bunky.

Mutácie génu marR, ktoré znižujú expresiu alebo funkčnú aktivitu bielkoviny MarR, vedú k nadprodukcii odtokovej pumpy MarAB (Linde et al., 2000; Okusu et al., 1996). Tým baktériám zabezpečujú výrazne zvýšenú odolnosť voči rôznym antibiotikám (Eaves et al., 2004; Hans-Jorg et al., 2000; Notka et al., 2002). Mutanti defektní v MarR vykazujú aj zvýšenú toleranciu voči niektorým organickým chemickým látkam, napríklad cyklohexánu (Aono et al., 1998).

• Represor – molekula, ktorá sa viaže na špecifický úsek DNA a tým blokuje alebo tlmí aktiváciu príslušného génu.

Mutácie vedúce k zvýšenej produkcii odtokovej pumpy umožňujú baktériám prežiť vystavenie antibiotikám, a v takom prostredí sú preto považované za prínosné. Na druhej strane však mutácie spôsobujúce stratu regulačnej kontroly, v tomto prípade kontroly sprostredkovanej represorom MarR, nijako nevysvetľujú pôvod samotnej regulačnej kontroly.

Odolnosť voči erytromycínu môže vzniknúť stratou úseku 11 párov báz v géne 23S rRNA (Douthwaite et al., 1985) alebo v dôsledku mutácie, ktorá mení konformáciu 23S rRNA a obmedzuje slučivosť ribozómu s antibiotikom (Gregory a Dahlberg, 1999; Vannuffel et al., 1992).

• Konformácia – priestorové usporiadanie atómov v organickej zlúčenine umožnené rotáciou okolo jednoduchej väzby.

Odolnosť voči chloramfenikolu bola získaná vymazaním oblasti 12 párov báz v doméne II génu peptidyltransferázy (Douthwaite, 1992).

• Doména – časť molekuly bielkoviny s určitou vlastnosťou alebo funkciou.

Enzým katalyzujúci pridávanie aminokyselinových skupín k rastúcemu polypeptidovému reťazcu počas syntézy proteínov pomocou peptidových väzieb. Peptidyltransferázová aktivita je viazaná na ribozóm (peptidyltransferázové miesto).

• Odolnosť voči cefalosporínom je spojená s dramatickou zmenou kinetiky transportu v membráne, podobnou ako u kmeňov, ktoré postrádajú porín (Chevalier et al., 1999).
• Odolnosť Staphylococcus aureus voči actinonínu je výsledkom mutácií, ktoré odstraňujú expresiu génu fmt (Margolis et al., 2000).
• Odolnosť E. coli voči zwittermicínu A súvisí so stratou hybnej sily protónov (Stabb a Handelsoman, 1998).
• Tolerancia voči penicilínu u Streptococcus gordonii môže byť spojená so stratou regulačnej kontroly oblúkového operónu (Caldelari et al., 2000).

Mutácie vedúce k odolnosti baktérií voči antibiotikám často spôsobujú straty už existujúcich biologických systémov, vrátane bunkového delenia a hybnej sily protónov. Hoci prežitie baktérie v prostredí s antibiotikom predstavuje „prínosný“ fenotyp, tieto mutácie nevysvetľujú pôvod daných systémov a nepredstavujú genetický mechanizmus ich vzniku.

• Operón – skupina génov, ktoré u baktérií tvoria funkčnú jednotku s jednotnou reguláciou.
• Laktámy – cyklické amidy aminokyselín s kruhom obsahujúcim amidovú skupinu –CONH– alebo –CONR–.

Mutácie spojené s odolnosťou baktérií voči antibiotikám vo všeobecnosti vedú k strate alebo výraznému obmedzeniu už existujúcej bunkovej funkcie či aktivity. Cieľová molekula môže stratiť slučivosť s antibiotikom, transportný systém antibiotika môže byť obmedzený alebo úplne vylúčený a regulačné systémy či enzymatické aktivity môžu byť rovnako oslabené alebo stratené. Takéto mutácie teda neposkytujú žiadny mechanizmus, ktorý by vysvetľoval pôvod samotných bunkových systémov a aktivít.

Hoci sa tieto mutácie môžu javiť ako „prínosné“ pre prežitie baktérie v prostredí s antibiotikom, táto výhoda je dosiahnutá za cenu straty už existujúcej funkcie. Je to podobné situácii, keď odstránime priečku v dome, aby sme zväčšili jedáleň. Aj keď môže byť väčší priestor žiaduci, samotný proces odstránenia priečky nemožno považovať za vysvetlenie toho, ako bola priečka pôvodne postavená.

Výhoda prežitia baktérie získaná mutáciou predstavuje iba čiastočnú genetickú charakteristiku, ktorú by mutácie museli prekonať, aby bolo možné hovoriť o skutočnej „evolúcii v Petriho miske“. Takéto mutácie by zároveň museli poskytnúť genetický základ pre spoločný „pôvod s modifikáciou“. Napriek tvrdeniam zastáncov evolúcie molekulárne údaje o odolnosti voči antibiotikám naznačujú, že tieto mutácie nedokážu zabezpečiť mechanizmus potrebný na vznik bielkovinovej špecificity alebo aktivity, ktorá je nevyhnutná pre normálnu funkciu bunky.

Hoci sú tieto mutácie výbornými príkladmi bakteriálneho prispôsobenia, predstavujú opačný typ mutačnej zmeny, než aký by bol potrebný pre evolúciu. Napriek tomu ich evolucionisti často uvádzajú ako overiteľné ukážky „evolučnej zmeny“. Paradoxne však ide o overiteľné príklady modelu stvorenia, pretože pôvodná zložitosť baktérie sa mutáciou zjednodušuje.

Spontánna prítomnosť odolnosti voči antibiotikám sa často označuje ako „získanie“ odolnosti, presnejšie je však hovoriť o strate vnímavosti. Odolnosť voči antibiotikám vzniká v dôsledku straty už existujúcich bunkových systémov. Takéto zmeny neposkytujú genetický mechanizmus pre vznik vlastností, ako sú enzymatická špecificita, transportná aktivita, regulačná činnosť či slučivosť viažucej bielkoviny.

Napriek tomu evolucionisti naďalej tvrdia, že mutácie poskytujú genetický mechanizmus pre vznik biologickej aktivity a spoločný „pôvod s modifikáciou“. Mutácie spojené s odolnosťou voči antibiotikám sú tak prezentované ako príklady evolučnej zmeny, hoci sú často zaplatené výraznou fyziologickou cenou (Andersson a Levin, 1999; Maisnier – Patin et al., 2002). Bjoerkman et al. (2000) uvádzajú, že za väčšinu typov antibiotickej odolnosti baktéria platí biologickú cenu.

Príklady biologickej ceny:

• Mycobacterium tuberculosis (Billington et al., 1999)
• E. coli (Reynolds, 2000)
• Staphylococcus aureus (Wichelhaus et al., 2002)

Všetky tieto baktérie získali odolnosť voči rifampinu v dôsledku mutácií RNA polymerázy, čo zároveň znížilo relatívne zdravie väčšiny mutantných kmeňov.

• Zdravie – v tomto kontexte označuje kondíciu baktérie odolnej voči antibiotiku.

Hoci biologická cena tejto odolnosti zvyčajne nebola veľká, bola jednoznačne merateľná.

• Odolnosť voči kanamycínu môže vzniknúť stratou alebo obmedzením syntézy transportnej bielkoviny OppA (Kashiwagi et al., 1998).
• Odolnosť voči ciprofloxacínu a imipenému môže byť spôsobená zníženou tvorbou porínu vonkajšej membrány OmpF (Armand-Lefevre et al., 2003; Hooper et al., 1987; Yigit et al., 2002).
• Vzostup odolnosti voči meropenému a cefepimu je spojený so stratou porínov OmpF a OmpC (Yigit et al., 2002).
• Enterobacter aerogenes sa môže stať odolným voči viacerým antibiotikám, ak mutácia výrazne obmedzí vodivosť membránového porínu (Dé et al., 2001).

Všetky vyššie uvedené mechanizmy odolnosti vyplývajú z obmedzenia alebo straty transportného systému. V prípade antibiotík, ako sú kanamycín, ciprofloxacín, imipeném, meropeném a cefepim, dochádza k zníženiu alebo strate permeability membrány v dôsledku mutácií porínov (napr. OmpF, OmpC) alebo transportných bielkovín (napr. OppA). Tieto mutácie vedú k obmedzeniu príjmu antibiotika do bunky, čo baktérii poskytuje krátkodobú výhodu prežitia v prítomnosti antibiotika.

• E. coli môže prežiť prítomnosť β-laktámov (napr. ampicilínu) zastavením bunkového delenia, čím sa bunka stáva menej citlivou na smrteľný účinok antibiotika (Miller et al., 2004).

Mutácie vedúce k odolnosti baktérií voči antibiotikám sú často spojené s obmedzením relatívneho zdravia organizmu. To znamená, že aj keď baktéria získa odolnosť, táto „výhoda“ je často vykúpená poklesom kondície alebo zníženou rastovou schopnosťou.

Príklady straty zdravia v dôsledku odolnosti:

• Helicobacter pylori – mutácie zabezpečujúce odolnosť voči klaritromycínu spôsobujú výrazné obmedzenie relatívneho zdravia (Bjoerkholm et al., 2001).
• Salmonella enterica – odolnosť voči fluórchinolónom je spojená s vysokou biologickou cenou v podobe straty zdravia (Giraud et al., 2003).
• Staphylococcus sp. – mutácie génu fusA, ktoré zabezpečujú odolnosť voči kyseline fusidovej, vedú k výraznej strate relatívneho zdravia (Gustafsson et al., 2003; MacVanin et al., 2000).
• Staphylococcus aureus – odolnosť voči actinonínu je sprevádzaná dramatickou stratou zdravia a vážnym narušením rastu baktérie (Margolis et al., 2000).
• Escherichia coli – odolnosť voči streptomycínu môže dramaticky obmedziť rýchlosť biosyntézy bielkovín (Zengel et al., 1977).
• Bunkové delenie – niektoré baktérie, aby znížili vnímavosť voči ampicilínu, zastavujú bunkové delenie, čo jednoznačne obmedzuje celkové zdravie organizmu (Miller et al., 2004).

Niektoré baktérie, ktoré získali odolnosť voči antibiotikám, dokážu časom čiastočne eliminovať biologickú cenu pomocou reverzných alebo supresívnych mutácií. Tieto mutácie môžu stabilizovať pôvodnú mutáciu a do určitej miery obnoviť zdravie baktérie (Andersson a Levin, 1999; Lenski, 1998; Massey et al., 2001).

Faktory ovplyvňujúce obnovu zdravia:

• Lokalizácia mutácie – miesto mutácie ovplyvňuje, či dôjde k čiastočnej alebo úplnej obnove zdravia pôvodného typu.
• Typ mutácie – jedna mutácia často nedokáže úplne obnoviť pôvodné zdravie, no môže zmierniť negatívny biologický dopad.

Táto biologická cena relatívneho zdravia sa môže výrazne líšiť v závislosti od konkrétneho organizmu a typu antibiotika. Niektoré zmutované bakteriálne kmene vykazujú trvalo obmedzené zdravie, často aj dramatickým spôsobom. V iných prípadoch môžu reverzné mutácie síce čiastočne zlepšiť kondíciu, no pôvodnú úroveň zdravia už neobnovia.

Pri testovaní relatívneho zdravia mutantov sa často používajú silne obmedzené kultivačné podmienky, ktoré môžu minimalizovať zistiteľnú stratu zdravia spôsobenú konkrétnou mutáciou. To môže viesť k záverom, ktoré nezohľadňujú dlhodobé ani zložitejšie biologické dôsledky. Účinok spontánnej antibiotickej odolnosti na zdravie baktérií je preto variabilný a vždy závislý od konkrétneho mutanta.

Kreacionisti majú tendenciu zdôrazňovať význam obmedzeného zdravia u baktérií, ktoré sú odolné voči antibiotikám, a túto skutočnosť aplikujú na všetky takéto mutácie. Hoci mutácie často nesú biologickú cenu spojenú so stratou už existujúcich biologických systémov a aktivít, táto cena nie je vždy plne vykompenzovaná ani reverznými, ani supresívnymi mutáciami.

Za mutácie sa platí biologická cena vo forme straty existujúcich bunkových systémov a funkcií. Aj keď tieto zmeny nemusia vždy viesť k okamžite detekovateľnému zhoršeniu zdravia, môžu byť v priamom rozpore s myšlienkou spoločného „pôvodu s modifikáciou“, ktorá je základom evolučného modelu.

Odolnosť voči antibiotikám a iným antimikrobiálnym látkam sa často prezentuje ako jasný príklad „evolúcie v Petriho miske“. Podrobná analýza genetických udalostí, ktoré k tejto odolnosti vedú, však ukazuje, že tieto zmeny nie sú v súlade s genetickými mechanizmami potrebnými pre evolúciu, definovanú ako spoločný „pôvod s modifikáciou“. Odolnosť vznikajúca v dôsledku horizontálneho prenosu génov zabezpečuje iba šírenie už existujúcich odolných génov medzi baktériami, no nijako nevysvetľuje pôvod samotných génov.

Horizontálny prenos génov neposkytuje mechanizmus vzniku odolných génov, ale výlučne ich šírenie medzi baktériami. Aj keď je tento proces efektívny pri šírení odolnosti, nijako nevysvetľuje vznik génov, ktoré túto odolnosť umožňujú.

Spontánne mutácie sa často uvádzajú ako potenciálny genetický mechanizmus vzniku odolných génov, avšak tento pôvod nebol nikdy preukázaný. Všetky známe prípady mutačnej antibiotickej odolnosti sú v rozpore s genetickými požiadavkami evolúcie. Tieto mutácie opakovane vedú k strate existujúcich bunkových systémov alebo aktivít, medzi ktoré patria:

• poríny a iné transportné systémy
• regulačné systémy
• enzymatická aktivita
• bielkovinné väzby

Antibiotická odolnosť je často spojená s poklesom „relatívneho zdravia“ baktérie. V niektorých prípadoch je tento pokles výrazný, hoci u mnohých mutantov môže byť čiastočne kompenzovaný reverznými mutáciami. Skutočná biologická cena však spočíva v strate už existujúcich systémov a funkčných aktivít. Ak sa odolnosť voči antibiotikám nezruší, tieto straty nie sú nikdy nahradené. Preto ich nemožno považovať za skutočné príklady evolučnej zmeny.

Aj keď baktéria dokáže prežiť v prítomnosti antibiotika, strata určitých bunkových systémov znižuje jej schopnosť fungovať v prostredí bez antibiotika, čo môže viesť k dlhodobému oslabeniu biologickej kondície celej populácie.

Téma bakteriálnej rezistencie je často používaná ako argument v prospech evolučnej teórie, preto prirodzene patrí do širšieho kontextu Stvorenie vs. evolúcia, kde sa rozlišuje medzi mikrozmenami a tvrdeným spoločným pôvodom s modifikáciou; detailnejší rozbor biologických mechanizmov, ako sú mutácie, strata funkcie a genetická degradácia, zapadá aj do tematickej oblasti DNA a genetika, ktorá ukazuje hranice genetickej variability, pričom širší apologetický rámec tejto diskusie rozvíja aj apologetika evanjelia; celý problém „evolúcie na Petriho miske“ je zároveň úzko spätý s kritikou nejasných definícií evolúcie, ktoré sú rozoberané v sekcii problematika teórie, kde sa poukazuje na rozdiel medzi pozorovanou adaptáciou a tvorivým mechanizmom evolúcie.