Monahan และคณะศึกษาผลของยา beta-lactams (carbenicillin และ carbapenem) ต่อการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ P.aeruginosa โดยใช้ยาปริมาณมากกว่าปริมาณยาต่ำที่สุดที่สามารถยับยั้งเชื้อได้ถึง 5 เท่า (5x MIC)

ผลการศึกษา

• ภายใน 24 hr ที่เชื้อได้รับยา beta-lactams เซลล์จะเกิดภาวะ tolerance โดยเซลล์จะเปลี่ยนรูปร่างจากรูปแท่ง (normal rod shaped cells) เป็นเซลล์กลม (spherical cells) ดังภาพ

• โดย spherical cells นั้นยังคงเป็นเซลล์ที่มีชีวิต(viable cells)ถึง 84% ย้อมติดสี syto9 ซึ่งเป็นสีเขียว แต่ถ้าเซลล์ตายจะติดสี propidium iodide และเห็นเป็นสีแดง ดังภาพ

• และมากกว่า 90% ของ spherical cells สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างกลับไปเป็น rods และเจริญแบ่งเซลล์ต่อได้ในสภาวะที่ไม่มียา
• เมื่อดูโครงสร้างของ cell envelope ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนแบบ TEM พบว่า outer membrane ของ spherical cells ถูกทำลายและไม่อยู่ติดกับเซลล์ ดังภาพ

• นอกจากนี้ Monahan และคณะยังได้ทดสอบผลของ antimicrobial peptides (AMPs) ต่อเชื้อที่เป็น spherical cells ซึ่งในสภาวะที่เชื้อเป็น normal rod shaped cells นั้น AMPs มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อต่ำมาก และเมื่อใช้ carbapenem ร่วมกับ AMPs ทำให้ฆ่าเชื้อได้ดีขึ้น ดังภาพ

จากการศึกษาของ Monahan และคณะในครั้งนี้จะเห็นว่าในสภาวะที่เชื้อ expose ต่อยา beta-lactams เชื้อจะเกิดภาวะ tolerance เปลี่ยนแปลงรูปร่างจาก rod ไปเป็น spherical cells โดยที่เชื้อยังคงมีชีวิตอยู่ แต่จะอยู่ในสภาพที่อ่อนแอเนื่องจาก outer membrane ของเซลล์มีปัญหา ดังนั้นจึงเป็นข้อดีที่จะใช้ยาหรือสารอื่นๆมาช่วยยับยั้งและฆ่าเชื้อให้ได้ผลดียิ่งขึ้น เช่นนการศึกษานี้ใช้ AMPs

แต่อย่างไรก็ตามก็มีข้อเสียเช่นกันเพราะ spherical cells ถึงแม้จะเป็นเซลล์ที่อยู่ในสภาพไม่สมบูรณ์ แต่ก็ยังเป็นเซลล์ที่มีชีวิตอยู่ และเมื่อใดก็ตามที่ปริมาณยาลดต่ำลงหรือหมดไปเชื้อก็จะกลับมาเจริญได้ใหม่ ดังนั้นในคนไข้ถ้าได้รับยาในปริมาณไม่เพียงพอก็จะไม่สามารถกำจัดเชื้อให้หมดไปได้ และอาจจะก่อให้เกิดเชื้อดื้อยาได้อีกด้วย

Reference : Monahan LG., Tumbull L., Osvath SR., et al. Rapid conversion of Pseudomonas aeruginosa to a spherical cell morphotype facilitates tolerance to carbapenems and penicillins but increases susceptibility to antimicrobial peptides. Antimicrob Agents Chemother, January 2014