Drogy, ktoré nás chránia pred všadeprítomnými baktériami viac ako sedemdesiat rokov, pomaly strácajú priľnavosť a potrebujeme novú zbraň na boj proti infekciám. Baktérie spôsobujúce ochorenie sa stávajú imunnými voči antibiotikám, ktoré ich raz zabili, dokonca aj proti liekom, ktoré sa kedysi považovali za poslednú obrannú líniu.
Baktérie rezistentné voči antibiotikám (rezistentné voči antibiotikám) zabíjajú asi jedno percento ľudí, ktoré infikujú, dokonca aj v rozvinutých krajinách. Ak sa to ignoruje, zabijú každý rok päťkrát viac ľudí.
„Mnoho vecí, ktoré v súčasnosti považujeme za samozrejmé, ako napríklad cisársky rez alebo náhrada bedrového kĺbu alebo transplantácie orgánov bez antibiotík, bude veľmi ťažké,“hovorí François Franceschi, programový manažér pre terapeutický vývoj v bakteriologickom a mykologickom oddelení Národného ústavu alergie a infekčné choroby.
Ľudia s oslabeným imunitným systémom sú obzvlášť zraniteľní, ale v post-antibiotickom svete budú všetci bez výnimky ohrození.
„Ľudia hovoria, že v období po antibiotikách nám už antibiotiká nebudú môcť pomôcť ani s najmenšími škrabancami,“hovorí Cesar de la Fuente, bioinžinier technologického inštitútu v Massachusetts.
Aby sme bojovali proti rezistentným baktériám, obraciame sa na nových spojencov, ako sú vírusy, ktoré napadajú iba baktérie; nanočastice a malé bielkoviny produkované imunitnými systémami rôznych organizmov. Každý nástroj má svoje výhody a nevýhody, a preto vedci študujú rôzne prístupy.
„Mnoho ľudí v teréne v súčasnosti hľadá alternatívne stratégie, ktoré by pridali k nášmu arzenálu,“hovorí Timothy Lu, tiež na MIT. „Nie je to tak, že by sa každý z nich snažil vymyslieť vlastnú striebornú guľku, ktorá nás zachráni pred baktériami po zvyšok nášho života, ale skôr skúma problém z rôznych uhlov.“
Propagačné video:
Tu je niekoľko spôsobov, ako nám môžeme pomôcť vysporiadať sa s nechcenými baktériami.
Odzbrojte útočníkov
Baktérie nemusia byť vždy neutralizované, aby sa neutralizovali. Niektoré liečby sa zameriavajú na baktérie nepriamo tým, že ich pripravujú o zbrane. Baktérie budú zavedené, ale následky infekcie nebudú vážne a imunitný systém bude mať šancu bojovať proti infekcii sám.
Ak váš liek v skutočnosti nezabije baktérie, bude mať menej podnetov na budovanie odolnosti voči nim. Trvá dlhšie, kým sa vyvinie rezistencia, pretože baktérie nebudú aktívne bojovať s drogou, tvrdí Franceschi.
Mnoho baktérií uvoľňuje toxíny, ktoré poškodzujú hostiteľské bunky. Jeden z najbežnejších typov toxínov sa nazýva tvorba pórov, ktorý prepichuje diery v bunkách. Je izolovaný meticilín-rezistentným Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria, antraxovými baktériami a jedom z hadích, škorpiónov a morských sasanky.
Liangfang Zhang prišiel na to, ako tieto toxíny odstrániť. "Zbijete zbrane a sú oveľa slabšie," hovorí Zhang, nanoinžinier na kalifornskej univerzite v San Diegu. Nanáša nanočastice na sladký terč - membrány vyrobené z červených krviniek. Červené krvinky pôsobia ako návnada a nasávajú toxín, ktorý by inak atakoval zdravé bunky. "Je to ako špongia, ktorá vysáva toxíny," vysvetľuje Zhang.
Vo svojej prvej štúdii ukázal, že nano-špongie absorbujú toxíny bez toho, aby poškodili myši. Práca Zhangu s nanočasticami ako návnady v tomto roku bola jedným z 24 projektov, na ktoré sa poskytli finančné prostriedky od National Institutes of Health. Dúfa, že klinické skúšky u ľudí sa začnú už v budúcom roku.
Nanočastice, ktoré sú často vyrobené z plastov alebo kovov, ako je napríklad striebro, môžu tiež oslabiť baktérie tým, že zničia ich membrány ochranných buniek alebo poškodia DNA. S nanočasticami sa ľahko pracuje, pretože sa budujú. "Ovládate teplotu, rozpúšťadlo a všetko ostatné a tieto molekuly sa zhromažďujú do nanočastíc," hovorí Zhang.
Nanočastice môžu byť drahšie ako tradičné antibiotiká. A dostať ich na správne miesto v tele môže byť výzvou. Ďalšou výzvou je zaistiť, aby boli nanočastice vyrobené z materiálov, ktoré nevyvolávajú okamžitú imunitnú odpoveď, a postupom času sa rozpadnú, aby sa nevytvorili v tele.
Lou hovorí ohľadne dlhodobej bezpečnosti niektorých z týchto vecí.
Špeciálna zásielka
Na zvýšenie účinnosti existujúcich antibiotík sa môžu použiť alternatívne spôsoby liečby. Napríklad vedci teraz skúmajú, ako by sa nanočastice mohli použiť na dodávku protirakovinových liekov a antibiotík.
Antibiotiká sú distribuované v tele a vo vysokých dávkach sú toxické. Pomocou nanočastíc sa mohli uvoľňovať koncentrované dávky liečiv. Do jednej nanočastice by sa dali vtlačiť tisíce molekúl liečiva.
"Môžu sa jednoducho prichytiť na membránu a postupne uvoľňovať lieky priamo na baktérie," hovorí Zhang. V dôsledku toho by bolo možné presnejšie zacieliť účinnejšiu záťaž bez zvýšenia celkovej dávky lieku. Týmto spôsobom by sa mohol potlačiť mechanizmus bakteriálnej rezistencie - jednoducho by sa nevyvinula rezistencia na bodovo pôsobiace antibiotiká.
Problém s nanočasticami, podobne ako mnoho iných nástrojov, spočíva v tom, že ich imunitný systém považuje za hrozbu. „Sú veľmi podobné vírusom. Naše telo sa naučí brániť sa proti týmto nanočasticiam alebo vírusom, ak ich nechránite. ““
Zhang a jeho kolegovia maskujú nanočastice do plášťov vyrobených z membrán krvných doštičiek, čo sú bunky, ktoré pomáhajú zrážať krv. Z boku sú nanočastice podobné týmto miniatúrnym krvným bunkám. Niektoré baktérie priťahujú krvné doštičky - s ich pomocou sú maskované z imunitného systému. Nanočastice potiahnuté krvnými doštičkami by sa mohli hrať dvakrát, pričom by nábor útočníkov vybuchli drogou.
Zhang hovorí, že všetky nanočastice uvoľňujú lieky v prítomnosti baktérií. Pomocou častíc potiahnutých krvnými doštičkami už liečil myši infikované kmeňom MRSA rezistentným na viaceré antibiotiká.
Priamy útok
Niekedy však polovičné opatrenia nepomáhajú. Existujú alternatívy k tradičným antibiotikám, ktoré môžu usmrtiť baktérie. Jednou zo stratégií je vytvorenie umelých verzií antimikrobiálnych peptidov (AMP), ktoré sú súčasťou vrodenej imunitnej reakcie v mikróboch, rastlinách a zvieratách (ako napríklad tasmánske diably). Tieto komponenty útočia na patogénnu membránu a spôsobujú v bunke chaos.
V rámci nedávneho projektu de la Fuente spolupracovala s Louom a ďalšími na výbere netoxického AMP nájdeného u jednoduchých morských živočíchov zvaných plášťovce. Vedci pridali niekoľko aminokyselín do základného prostredia, čím sa zlepšila jeho schopnosť liečiť myši infikované kmeňmi E. coli alebo MRSA rezistentnými na antibiotiká. Opevnený AMP tiež posilňuje imunitný systém hlodavcov, zmierňuje zápaly a vyžaduje pomoc vo forme bielych krviniek.
Antimikrobiálne peptidy môžu poraziť celý rad patogénov a baktérie majú proti nim ťažko vyvinutú rezistenciu. „V porovnaní s bežnými antibiotikami sú tieto peptidy v mnohých prípadoch účinnejšie,“hovorí de la Fuente.
AMP sa skladajú z relatívne krátkych reťazcov aminokyselín, stavebných blokov proteínu. Z tohto dôvodu je ich výstavba pomerne jednoduchá (aj keď drahá). „Ešte musíme znížiť náklady,“hovorí de la Fuente. Vedci skúmajú spôsoby, ako zlacniť AMP programovaním mikróbov, aby sa nespoliehali na stroj a nechali mikróby sami.
Existujú však obavy, že AMP môže napadnúť bunky hostiteľa. A rovnako ako v prípade mnohých antibiotických alternatív, môže byť poslanie peptidov na správne miesto v dostatočne vysokej koncentrácii, aby zostali účinné, výzvou. Z krátkodobého hľadiska je pravdepodobnejšie miestne použitie, uviedol de la Fuente. Tieto peptidy by sa mohli začleniť napríklad do krému, ktorý by sa mohol aplikovať na otvorenú ranu alebo na miesto infekcie na koži. Dalo by sa tiež použiť na zakrytie stolov, počítačov, chirurgických nástrojov alebo katétrov, aby sa zabránilo ich kolonizácii choroboplodnými zárodkami.
Re-senzibilizácie
Ďalším spôsobom, ako oslabiť baktérie, je zbaviť ich odolnosti voči antibiotikám. Na takéto misie sa môžu použiť vírusy, ktoré sa špecializujú na konzumáciu baktérií, bakteriofágy.
Bakteriofágy sú veľmi účinnými zabíjačmi baktérií, ale pomocou genetického inžinierstva by im vedci mohli dať nové schopnosti, vrátane obnovenia citlivosti baktérií na tradičné drogy.
Preprogramované bakteriofágy môžu byť posadnuté baktériami nesúcimi gény, ktoré prepožičiavajú antibiotickú rezistenciu, odstraňujú túto schopnosť alebo ničia baktérie. Ak sa rezistentné mikróby zničia alebo zneškodnia, zostávajúca populácia bude náchylná na antibiotiká.
Ďalším spôsobom, ktorý umožňuje baktériám odolávať antibiotikám, je vylučovanie zlúčenín, ktoré vytvárajú biofilm, cez ktorý liek nemôže preniknúť. Je možné vytvoriť bakteriofágy, ktoré pohltia biofilm.
V prírode môžu bakteriofágy priamo ničiť baktérie. Niektorí z nich pripájajú svoju DNA k baktériám a aby sa uvoľnili, proste jedia cez bunkovú stenu a vyfukujú bunku, hovorí Lu. Iní fungujú ako paraziti.
Bakteriofágy boli objavené asi pred sto rokmi. Antibiotiká ich nahradili v Spojených štátoch, ale naďalej sa používajú v Rusku av niektorých východoeurópskych krajinách. Ako baktérie rezistentné na antibiotiká rastú, vedci sa opäť obracajú na bakteriofágy - sú rovnako účinné pri liečbe ľudí, len klinické štúdie to ešte nepotvrdili.
Jednou z výhod týchto vírusov je to, že sa môžu replikovať samy. Môžete vložiť iba malé množstvo a zabiť veľa baktérií. A keďže potrebujú na rozmnožovanie živé bunky, zastavia sa, len čo sa zničia všetky bunky hostiteľa.
Avšak, rovnako ako iné alternatívy, môžu bakteriofágy vyvolať reakciu imunitného systému. „Ak do ľudského tela vstreknete akýkoľvek vírus alebo cudzí peptid, vždy existuje šanca, že bude nasledovať reakcia,“hovorí Lu. Ďalším problémom je, že niektoré fágy môžu zbierať gény spojené s rezistenciou na antibiotiká a prenášať ich na ďalšie baktérie.
Je však nepravdepodobné, že by poškodili ľudské tkanivo. Bakteriofágy sa v ľudských bunkách množia. Máme v sebe kopu bakteriofágov - je ťažké povedať, že sú pre nás cudzí.
Osobný kontakt
Bolo by možné prispôsobiť niekoľko alternatívnych ošetrení tak, aby boli zamerané na špecifické zárodky. Aj v tomto prípade sú bakteriofágy ideálnymi kandidátmi. „V podstate sú prirodzeným nepriateľom baktérií,“hovorí Lu. Zvyčajne „ak nájdete baktérie, nájdete aj bakteriofágy“.
Tradičné antibiotiká často ničia baktérie bez rozdielu - a to aj v prirodzenom mikrobióme nášho tela, ktorý hrá dôležitú úlohu v našom zdraví. Bombardovanie kobercov ničí všetko.
Vírusy ponúkajú individuálnejší prístup. „Môžete sa pokúsiť udržať dobré baktérie a zároveň zabiť zlé baktérie,“hovorí Lu.
Táto špecifickosť je však tiež dvojsečný meč. Aby bolo možné pokryť dostatočný počet rôznych baktérií, ktoré môžu infikovať pacienta, bude treba do koktailu primiešať veľa vírusov. Hoci bakteriofágy nie sú na pestovanie príliš drahé, koktaily rôznych vírusov sú úplne inou záležitosťou.
Lou pracuje na kokteiloch bakteriofágov postavených na bezpečných lesoch. Stanovením oblasti, ktorú by mali bakteriofágy infikovať, môžete napadnúť rôzne baktérie, nasmerovať bakteriofágy rôznymi smermi. Zostáva len prísť na to, ako to urobiť.
Nech už je to akokoľvek, je ťažké vytvoriť efektívny liek bez toho, aby sme vedeli, čo spôsobuje infekciu. Ak pôjdete k svojmu lekárovi, nebude vám schopný poskytnúť liečbu v úzkom spektre, ak nevie, aké baktérie vás obťažujú.
Lekári potrebujú rýchlejšie diagnostické metódy, aby mohli zistiť typ cieľových baktérií a ich odolnosť voči tradičným antibiotikám. Lu a jeho kolegovia pracujú na rýchlej a lacnej diagnostike. Keď infikujú cieľové baktérie, rozsvietia sa tým istým proteínom, ktorý svetlušky používajú. Dajte pacientovi vzorku bakteriofágu a „môžete zistiť, či vzorka žiari alebo nie, či je v nej baktéria alebo nie,“hovorí Lu.
Široký arzenál
Nie sú to všetky zbrane, ktoré pridávame do nášho arzenálu. Vedci skúmajú ďalšie možnosti, napríklad posielanie ďalších baktérií na boj proti patogénom, nájdenie nových antibiotík, používanie protilátok a ďalšie.
„Pri riešení tohto problému sa sotva môžete spoľahnúť na jednu metódu alebo technológiu,“hovorí Zhang. Štúdium superbugov z rôznych uhlov, kombinovanie nových taktík a tradičných metód liečby, rozšíri náš arzenál.
Bude trvať niekoľko rokov, kým sa nové prístroje schvália na rozšírené použitie. Na chvíľu sa alternatívne antimikrobiálne metódy použijú iba vtedy, keď už antibiotiká prestanú fungovať. Lacnosť a účinnosť antibiotík je hlavným dôvodom, pre ktorý je ťažké ich odmietnuť. Ale z dlhodobého hľadiska to bude jediná možnosť.
ILYA KHEL