Drogy, které nás chrání před všudypřítomnými bakteriemi více než sedmdesát let, pomalu ztrácejí přilnavost a potřebujeme novou zbraň k boji proti infekcím. Bakterie způsobující onemocnění se stávají imunními vůči antibiotikům, která je jednou zabila, dokonce i proti lékům, které byly kdysi považovány za poslední linii obrany.
Bakterie rezistentní na antibiotika (rezistentní na antibiotika) zabíjejí asi jedno procento lidí, které infikují, a to i ve vyspělých zemích. A pokud je to ignorováno, zabijí každý rok pětkrát více lidí.
"Mnoho věcí, které v tuto chvíli považujeme za samozřejmost, jako je císařský řez nebo náhrada kyčle nebo transplantace orgánů, bez antibiotik, bude velmi obtížné," říká François Franceschi, programový manažer pro terapeutický vývoj v oddělení bakteriologie a mykologie Národního ústavu alergie a infekční choroby.
Lidé s oslabeným imunitním systémem jsou obzvláště zranitelní, ale v post-antibiotickém světě budou ohroženi všichni bez výjimky.
"Lidé říkají, že v éře po antibiotiku už nebudou antibiotika schopna pomoci ani s nejmenším poškrábáním," říká Cesar de la Fuente, bioinženýr technologického institutu v Massachusetts.
V boji proti rezistentním bakteriím se obracíme k novým spojencům, jako jsou viry, které napadají pouze bakterie; nanočástice a malé bílkoviny produkované imunitními systémy různých organismů. Každý nástroj má své výhody a nevýhody, proto vědci studují různé přístupy.
"Mnoho lidí v oboru v současné době hledá alternativní strategie, které by se přidaly k našemu arzenálu," říká Timothy Lu, také na MIT. „Není to tak, že by se každý z nich snažil vymyslet vlastní stříbrnou kulku, která nás zachrání před bakteriemi po zbytek našeho života, ale spíše zkoumá problém z různých úhlů.“
Propagační video:
Zde je několik způsobů, jak nám pomoci vyrovnat se s nežádoucími bakteriemi.
Odzbrojte útočníky
Bakterie nemusí být vždy neutralizovány, aby se neutralizovaly. Některá ošetření se zaměřují na bakterie nepřímo tím, že je připravují o zbraně. Bakterie budou na místě, ale důsledky infekce nebudou vážné a imunitní systém bude mít šanci bojovat proti infekci sám.
Pokud váš lék ve skutečnosti bakterie nezabije, budou mít menší motivaci k tomu, aby na ně vytvořili odpor. Vývoj rezistence bude trvat déle, protože bakterie nebudou s drogou aktivně bojovat, říká Franceschi.
Mnoho bakterií uvolňuje toxiny, které poškozují hostitelské buňky. Jedním z nejčastějších typů toxinů je tzv. Tvorba pórů, který propíchne díry v buňkách. Je izolován methicilin-rezistentním Staphylococcus aureus, Escherichia coli, bakteriemi Listeria, antraxovými bakteriemi a jedem z hadů, štírů a mořských sasanek.
Liangfang Zhang přišel na to, jak tyto toxiny odstranit. "Berete zbraně a jsou mnohem slabší," říká Zhang, nanoinženýr na kalifornské univerzitě v San Diegu. Potahuje nanočástice sladkým terčem - membrány složené z červených krvinek. Červené krvinky působí jako návnada, nasávají toxin, který by jinak napadal zdravé buňky. "Je to jako houba vysávající toxiny," vysvětluje Zhang.
Ve své první studii ukázal, že nano-houby absorbují toxiny bez poškození myší. Práce Zhangu s nanočásticemi jako návnady letos byla jedním z 24 projektů, které získaly finanční prostředky od National Institutes of Health. Doufá, že klinické zkoušky u lidí zahájí již příští rok.
Nanočástice, které jsou často vyráběny z plastů nebo kovů, jako je stříbro, mohou také oslabit bakterie tím, že zničí jejich ochranné buněčné membrány nebo způsobí poškození DNA. S nanočásticemi se snadno pracuje, protože se budují. "Ovládáte teplotu, rozpouštědlo a všechno ostatní a tyto molekuly se spojí do nanočástic," říká Zhang.
Nanočástice mohou být dražší než tradiční antibiotika. A dostat je na správné místo v těle může být výzvou. Další výzvou je zajistit, aby nanočástice byly složeny z materiálů, které nevyvolávají okamžitou imunitní odpověď, a v průběhu času se rozpadnou, aby se v těle nevytvářely.
Stále přetrvávají otázky týkající se dlouhodobé bezpečnosti některých z těchto věcí, říká Lou.
Speciální dodání
Pro zvýšení účinnosti stávajících antibiotik lze použít alternativní léčbu. Vědci nyní například studují, jak by se nanočástice mohly použít k dodávání protirakovinových léků a antibiotik.
Antibiotika jsou distribuována v celém těle a ve vysokých dávkách jsou toxická. Pomocí nanočástic by mohly být uvolněny koncentrované dávky léků. Do jedné nanočástice mohly být strčeny tisíce molekul léku.
"Mohou se snadno připojit k membráně a postupně uvolňovat léky přímo na bakterie," říká Zhang. V důsledku toho by bylo možné přesněji zacílit na účinnější dávku bez zvýšení celkové dávky léčiva. Tímto způsobem by mohl být potlačen mechanismus bakteriální rezistence - jednoduše by si nevyvinuli rezistenci vůči bodově působícím antibiotikům.
Problém s nanočásticemi, stejně jako mnoho jiných nástrojů, spočívá v tom, že je imunitní systém považuje za hrozbu. "Jejich velikost je velmi podobná virům." Naše tělo se naučí bránit se proti těmto nanočásticím nebo virům, pokud je nechráníte. “
Zhang a jeho kolegové maskují nanočástice v pláštích vyrobených z membrán destiček, buněk, které pomáhají srážet krev. Z boku jsou nanočástice podobné těm miniaturním krevním buňkám. Některé bakterie přitahují destičky - s jejich pomocí jsou maskovány z imunitního systému. Nanočástice potažené destičkami mohly hrát dvakrát, najímat útočníky, aby je odpálili drogou.
Zhang říká, že všechny nanočástice uvolňují léky v přítomnosti bakterií. S pomocí částic potažených destičkami již vyléčil myši infikované kmenem MRSA odolným vůči více antibiotikům.
Přímý útok
Někdy však poloviční opatření nepomáhají. Existují alternativy k tradičním antibiotikům, která mohou zabíjet bakterie. Jednou strategií je vytvoření umělých verzí antimikrobiálních peptidů (AMP), které jsou součástí vrozené imunitní odpovědi v mikrobech, rostlinách a zvířatech (jako je tasmánský ďábel). Tyto složky napadají patogenní membránu a způsobují v buňce spoušť.
V rámci nedávného projektu de la Fuente spolupracovala s Louem a dalšími na výběru netoxického AMP nalezeného u jednoduchých mořských živočichů zvaných plášťovce. Vědci přidali několik aminokyselin do základního prostředí, čímž zlepšili jeho schopnost léčit myši infikované kmeny E. coli nebo MRSA rezistentními na antibiotika. Opevněný AMP také posiluje imunitní systém hlodavců, snižuje zánět a vyžaduje pomoc ve formě bílých krvinek.
Antimikrobiální peptidy mohou porazit širokou škálu patogenů a bakterie mají vůči nim těžký vývoj rezistence. "Ve srovnání s běžnými antibiotiky jsou tyto peptidy v mnoha případech účinnější," říká de la Fuente.
AMP se skládají z relativně krátkých řetězců aminokyselin, stavebních bloků proteinu. Proto je jejich konstrukce poměrně jednoduchá (i když drahá). "Ještě musíme snížit náklady," říká de la Fuente. Vědci zkoumají způsoby, jak zlevnit AMP programováním mikrobů, aby se nespoléhali na stroj a nechali mikroby dělat vše.
Přesto existují obavy, že AMP může napadnout buňky hostitele. A stejně jako u mnoha alternativ antibiotik může být odeslání peptidů na správné místo v dostatečně vysoké koncentraci, aby zůstalo účinné, výzvou. V krátkodobém horizontu je pravděpodobnější místní aplikace, uvedl de la Fuente. Tyto peptidy by mohly být začleněny například do krému, který by mohl být aplikován na otevřenou ránu nebo na místo infekce na kůži. Mohou být také použity k zakrytí stolů, počítačů, chirurgických nástrojů nebo katétrů, aby se zabránilo jejich kolonizaci bakteriemi.
Znovuzcitlivění
Dalším způsobem, jak oslabit bakterie, je zbavit je odolnosti vůči antibiotikům. Pro takové mise lze použít viry, které se specializují na konzumaci bakterií, bakteriofágy.
Bakteriofágy jsou nesmírně účinnými ničiteli bakterií, ale vědci jim mohou genetickým inženýrstvím poskytnout nové schopnosti, včetně obnovení citlivosti bakterií na tradiční drogy.
Přeprogramované bakteriofágy mohou v bakteriích nést cykly, které nesou geny, které propůjčují rezistenci na antibiotika, odstraňují tuto schopnost nebo ničí bakterie. Když jsou rezistentní mikroby zničeny nebo zneškodněny, zbývající populace bude zranitelná antibiotiky.
Dalším způsobem, který bakteriím umožňuje odolávat antibiotikům, je vylučování sloučenin, které vytvářejí biofilm, kterým léčivo nemůže proniknout. Je možné vytvořit bakteriofágy, které pohltí biofilm.
V přírodě mohou bakteriofágy přímo zabíjet bakterie. Někteří z nich zapojují DNA do bakterií a aby se uvolnili, jednoduše jedí přes buněčnou zeď a vyfukují buňku, říká Lu. Jiní fungují jako paraziti.
Bakteriofágy byly objeveny asi před sto lety. Antibiotika je nahradila ve Spojených státech, ale nadále se používají v Rusku a v některých východoevropských zemích. Jak bakterie rezistentní na antibiotika rostou, vědci se opět obracejí na bakteriofágy - jsou stejně účinné v léčbě lidí, jen klinické studie to dosud nepotvrdily.
Jednou z výhod těchto virů je, že se mohou replikovat sami. Můžete dát jen malé množství a zabít mnoho bakterií. A protože potřebují reprodukci živých buněk, zastaví se, jakmile budou zničeny všechny buňky hostitele.
Stejně jako jiné alternativy však bakteriofágy mohou vyvolat reakci imunitního systému. "Pokud do lidského těla vstříknete jakýkoli virus nebo cizí peptid, vždy existuje šance, že následuje reakce," říká Lu. Dalším problémem je, že některé fágy mohou zachytit geny spojené s rezistencí na antibiotika a předat je dalším bakteriím.
Je však nepravděpodobné, že by poškodily lidskou tkáň. Bakteriofágy se v lidských buňkách množí. Máme v sobě spoustu bakteriofágů - je těžké říci, že jsou pro nás cizí.
Osobní kontakt
Mohlo by být upraveno několik alternativních léčebných postupů tak, aby se zaměřily na specifické zárodky. I zde jsou bakteriofágy ideálním kandidátem. "Jsou v podstatě přirozeným nepřítelem bakterií," říká Lu. Obvykle „pokud najdete bakterie, najdete také bakteriofágy“.
Tradiční antibiotika často ničí bakterie bez rozdílu - včetně přirozeného mikrobiomu v našem těle, který hraje důležitou roli v našem zdraví. Je to bombardování koberců, které vše zabíjí.
Viry nabízejí více přizpůsobený přístup. "Můžete se pokusit udržet dobré bakterie a zároveň zabít špatné bakterie," říká Lu.
Tato specifičnost je však také dvojsečný meč. Aby bylo možné pokrýt dostatečný počet různých bakterií, které mohou infikovat pacienta, bude muset být v koktejlu smícháno mnoho virů. Ačkoli bakteriofágy růst nejsou příliš drahé, koktejly různých virů jsou úplně jinou záležitostí.
Lou pracuje na koktejlech bakteriofágů postavených na bezpečných lesích. Stanovením oblasti, kterou by bakteriofágy měly infikovat, můžete zaútočit na různé bakterie, nasměrovat bakteriofágy různými směry. Zbývá jen zjistit, jak na to.
Ať už je to jakkoli, je obtížné vytvořit účinný lék, aniž bychom věděli, co způsobuje infekci. Pokud půjdete ke svému lékaři, nebude vám schopen poskytnout léčbu s úzkým spektrem, pokud neví, jaké bakterie vás obtěžují.
Lékaři potřebují rychlejší diagnostické metody, aby mohli zjistit typ cílových bakterií a jejich odolnost vůči tradičním antibiotikům. Lu a jeho kolegové pracují na rychlé a levné diagnostice. Když infikují cílové bakterie, rozsvítí se stejným proteinem, který používají světlušky. Stačí dát pacientovi vzorek bakteriofágu a „můžete zjistit, zda vzorek svítí nebo ne, bakterie jsou v něm přítomny nebo ne,“říká Lu.
Široký arzenál
To nejsou všechny zbraně, které přidáváme do našeho arzenálu. Vědci zkoumají další možnosti, například posílání dalších bakterií k boji proti patogenům, hledání nových antibiotik a používání protilátek a další.
"Sotva se můžete spolehnout na jednu metodu nebo technologii na vykořenění celého problému," říká Zhang. Studium superbugů z různých úhlů, kombinace nových taktik a tradičních metod léčby, rozšíří náš arzenál.
Bude trvat několik let, než budou nové přístroje schváleny pro široké použití. A na chvíli se alternativní antimikrobiální metody použijí, pouze pokud antibiotika přestanou fungovat. Levnost a účinnost antibiotik je hlavním důvodem, proč je obtížné odmítnout. Ale v dlouhodobém horizontu to bude jediná možnost.
ILYA KHEL