Lijekovi koji su nas zaštitili od sveprisutnih bakterija više od sedamdeset godina polako se gube, a za borbu protiv infekcije potrebno nam je novo oružje. Bakterije koje izazivaju bolest postaju imune na antibiotike koji su ih jednom ubili, čak i na lijekove koji su se nekoć smatrali zadnjom linijom obrane.
Bakterije otporne na antibiotike (otporne na antibiotike) ubijaju oko jedan posto ljudi koje zaraze, čak i u razvijenim zemljama. A ako se to zanemari, ubijat će pet puta više ljudi svake godine.
"Mnoge stvari koje u ovom trenutku uzimamo zdravo za gotovo, poput carskog reza ili zamjene kuka ili transplantacije organa bez antibiotika postat će vrlo teške", kaže François Franceschi, voditelj programa za terapijski razvoj na odjelu za bakteriologiju i mikologiju Nacionalnog instituta za alergiju i zarazne bolesti.
Ljudi s oslabljenim imunološkim sustavom posebno su ranjivi, ali u post-antibiotičkom svijetu svi bez iznimke bit će u opasnosti.
"Ljudi kažu da u post-antibiotičkoj eri antibiotici nam više neće moći pomoći ni kod najmanjih ogrebotina", kaže Cesar de la Fuente, bioinžinjer s Massachusetts Institute of Technology.
Da bismo se borili protiv otpornih bakterija, okrećemo se novim saveznicima, poput virusa, koji napadaju samo bakterije; nanočestice i sitni proteini koje proizvodi imunološki sustav različitih organizama. Svaki alat ima svoje prednosti i nedostatke, zbog čega znanstvenici proučavaju različite pristupe.
„Mnogo ljudi na terenu trenutno traži alternativne strategije koje bi dodale našem arsenalu“, kaže Timothy Lu, također na MIT-u. "Nije da svaki od njih pokušava izmisliti vlastiti srebrni metak koji će nas spasiti od bakterija do kraja života, već proučava problem iz različitih uglova."
Promotivni video:
Evo nekoliko načina na koje nam možemo pomoći da se riješimo neželjenih bakterija.
Ooružajte osvajače
Bakterije ne moraju uvijek biti ubijene da bi se neutralizirale. Neki tretmani ciljaju mikrobe uskraćujući ih oružjem. Bakterije će biti na mjestu, ali posljedice infekcije neće biti ozbiljne, a imunološki sustav imat će priliku sam se boriti protiv infekcije.
Ako vaš lijek zapravo ne ubije bakterije, imat će manje poticaja za izgradnju otpornosti na njega. Trebat će duže vremena da se otpor razvije, jer bakterije neće aktivno boriti protiv lijeka, kaže Franceschi.
Mnoge bakterije oslobađaju toksine koji oštećuju stanice domaćina. Jedna od najčešćih vrsta toksina naziva se formiranje pora, koje probija rupe u stanicama. Izoliraju ga bakterije Staphylococcus aureus otporne na meticilin, bakterija Escherichia coli, Listeria, antraks i otrov od zmija, škorpiona i morskih anemona.
Liangfang Zhang je smislio kako eliminirati ove toksine. "Oduzima vam oduzmu oružje, a oni postanu mnogo slabiji", kaže Zhang, nanoinženjer sa Sveučilišta u Kaliforniji, San Diego. Premaže nanočestice slatkim ciljem - membranama sastavljenim od crvenih krvnih zrnaca. Crvena krvna stanica djeluje kao ukras, usisavajući toksin koji bi u protivnom napadao zdrave stanice. "To je poput spužve koja usisava toksine", objašnjava Zhang.
U svojoj prvoj studiji pokazao je da nano spužve apsorbiraju toksine bez štetnih miševa. Zhang-ov rad s nanočesticama kao ukras ove godine bio je jedan od 24 projekta za financiranje od Nacionalnih zavoda za zdravstvo. Nada se da će započeti klinička ispitivanja na ljudima već sljedeće godine.
Nanočestice, koje se često izrađuju od plastike ili metala poput srebra, također mogu oslabiti bakterije uništavajući njihove zaštitne stanične membrane ili uzrokujući oštećenje DNK. Nanočestice su s njima lako raditi jer se same grade. "Vi kontrolirate temperaturu, otapalo i sve ostalo, a ti se molekuli sastavljaju u nanočestice", kaže Zhang.
Nanočestice mogu biti skuplje od tradicionalnih antibiotika. Pokretanje na pravo mjesto u tijelu također može biti izazov. Drugi je izazov osigurati da su nanočestice sastavljene od materijala koji neće izazvati trenutni imunološki odgovor i razgradit će se s vremenom tako da se ne nakupljaju u tijelu.
Ostaju pitanja o dugoročnoj sigurnosti nekih od tih stvari, kaže Lou.
Posebna dostava
Alternativni tretmani mogu se primijeniti kako bi se postojeći antibiotici učinili učinkovitijima. Na primjer, znanstvenici sada proučavaju kako se nanočestice mogu upotrijebiti za isporuku lijekova protiv raka i antibiotika.
Antibiotici se distribuiraju po tijelu i toksični su u velikim dozama. Uz pomoć nanočestica, mogle bi se osloboditi koncentrirane doze lijekova. Tisuće molekula lijeka moglo bi se ugurati unutar jedne nanočestice.
"Oni se lako mogu jednostavno spojiti na membranu i postupno otpuštati lijekove izravno na bakterije", kaže Zhang. Posljedično, efikasnije opterećenje moglo bi biti preciznije usmjereno bez povećanja ukupne doze lijeka. Na taj bi se način mogao potisnuti mehanizam rezistencije bakterija - jednostavno ne bi razvili otpornost protiv točkastih antibiotika.
Problem s nanočesticama, kao i mnogi drugi alati, je taj što ih imunološki sustav vidi kao prijetnju. "Veoma su slične virusima. Naše tijelo će se naučiti braniti od tih nanočestica ili virusa, ako ih ne zaštitite."
Zhang i njegovi kolege kamuflirali su nanočestice u jaknama napravljenim od membrana trombocita, stanica koje pomažu u zgrušavanju krvi. Sa strane, nanočestice su slične ovim minijaturnim krvnim stanicama. Neke bakterije privlače trombociti - uz njihovu pomoć maskiraju se iz imunološkog sustava. Nanočestice obložene trombocitom mogle bi se igrati dvaput, vrbujući osvajače kako bi ih detonirali lijekom.
Sve nanočestice će otpustiti lijekove u prisutnosti bakterija, kaže Zhang. Uz pomoć čestica presvučenih trombocitima, već je izliječio miševe zaražene sojem MRSA rezistentnim na antibiotike.
Izravni napad
Ponekad, međutim, pola mjera ne pomaže. Postoje alternative tradicionalnim antibioticima koji mogu ubiti bakterije. Jedna od strategija je stvaranje umjetnih verzija antimikrobnih peptida (AMP), koji su dio urođenog imunološkog odgovora mikroba, biljaka i životinja (poput Tasmanskih vragova). Te komponente napadaju membranu patogena i puštaju pustoš unutar stanice.
Kao dio nedavnog projekta, de la Fuente je surađivao s Louom i drugima na odabiru neotrovnog AMP-a pronađenog u jednostavnim morskim životinjama zvanim plaštima. Znanstvenici su osnovnom okruženju dodali nekoliko aminokiselina, poboljšavajući njezinu sposobnost liječenja miševa zaraženih sojevima E. coli ili rezistentnim na antibiotike, odnosno MRSA. Ojačani AMP također jača imunološki sustav glodavaca, smanjuje upalu i poziva u pomoć u obliku bijelih krvnih stanica.
Antimikrobni peptidi mogu pobijediti širok spektar patogena, a bakterijama je teško razviti otpornost na njih. "U usporedbi s konvencionalnim antibioticima, ovi su peptidi u mnogo slučajeva efikasniji", kaže de la Fuente.
AMP se sastoji od relativno kratkih lanaca aminokiselina, građevinskih blokova proteina. Stoga su vrlo jednostavne (iako skupe) za izgradnju. "Moramo još smanjiti troškove", kaže de la Fuente. Znanstvenici istražuju načine kako AMP jeftinije programirati mikrobe kako se ne bi pouzdali u stroj i pustili mikrobe da to rade sami.
Unatoč tome, postoji bojazan da bi AMP mogao napasti stanice domaćina. Kao i kod mnogih alternativa antibioticima, izazov može biti slanje peptida na pravo mjesto u dovoljno visokoj koncentraciji da ostanu djelotvorni. U kratkom roku lokalna primjena je vjerojatnija, rekao je de la Fuente. Ti se peptidi mogu uključiti, na primjer, u kremu koja se može nanijeti na otvorenu ranu ili na mjesto infekcije na koži. Također bi se mogli koristiti za oblaganje stolova, računala, hirurških instrumenata ili katetera da se mikrofoni ne bi kolonizirali.
Re-senzibilizacija
Drugi način slabljenja bakterija je osloboditi se otpornosti koju su razvili na antibiotike. Za takve misije mogli bi se upotrijebiti virusi koji su specijalizirani za jedenje bakterija, bakteriofaga.
Bakteriofagi su izuzetno učinkoviti ubojice bakterija, ali pomoću genetskog inženjeringa znanstvenici bi im mogli pružiti nove sposobnosti, uključujući vraćanje osjetljivosti bakterija na tradicionalne lijekove.
Reprogramirani bakteriofagi mogu postati opsjednuti bakterijama koje nose gene koji daju otpornost na antibiotike, uklanjaju tu sposobnost ili ubijaju bakterije. Kada se otporni mikrobi unište ili postanu bezopasni, preostala populacija bit će ranjiva na antibiotike.
Druga metoda koja omogućuje bakterijama da se odupru antibioticima je izlučivanjem spojeva koji stvaraju biofilm kroz koji lijek ne može prodrijeti. Moguće je stvoriti bakteriofage koji će pojesti biofilm.
U prirodi bakteriofagi mogu izravno ubiti bakterije. Neki od njih ubacuju svoj DNK u bakterije, a kako bi se oslobodili, jednostavno jedu kroz staničnu stijenku, pušući stanicu, kaže Lu. Drugi djeluju kao paraziti.
Bakteriofagi su otkriveni prije stotinu godina. Antibiotici su ih zamijenili u Sjedinjenim Državama, ali oni se i dalje koriste u Rusiji i nekim istočnoeuropskim zemljama. Kako bakterije otporne na antibiotike rastu, znanstvenici se opet okreću bakteriofazima - jednako su učinkoviti u liječenju ljudi, samo klinička ispitivanja to još nisu potvrdila.
Jedna od prednosti ovih virusa jest ta što se mogu replicirati. Možete staviti samo malu količinu i ubiti mnoge bakterije. A budući da im za reprodukciju trebaju žive stanice, prestat će se razmnožavati čim budu uništene sve stanice domaćina.
Međutim, kao i druge alternative, bakteriofagi mogu pokrenuti odgovor imunološkog sustava. "Ako unesete bilo koji virus ili strani peptid u ljudsko tijelo, uvijek postoji šansa da će uslijediti reakcija", kaže Lu. Druga zabrinutost je da neki fagi mogu pokupiti gene povezane s otpornošću na antibiotike i prenijeti ih drugim bakterijama.
Ali malo je vjerojatno da će oštetiti ljudsko tkivo. Bakteriofagi se ne razmnožavaju u ljudskim stanicama. U sebi imamo gomilu bakteriofaga - teško je reći da su nam oni tuđi.
Osobni kontakt
Nekoliko alternativnih načina liječenja moglo bi se prilagoditi ciljanim bakterijama. I ovdje su bakteriofazi idealni kandidati. "Oni su u osnovi prirodni neprijatelj bakterija", kaže Lu. Obično, "ako nađete bakterije, nalazite i bakteriofage."
Tradicionalni antibiotici često ubijaju bakterije neselektivno - uključujući prirodni mikrobiom našeg tijela koji ima važnu ulogu u našem zdravlju. Bombardiranje tepihom sve ubija.
Virusi nude personaliziraniji pristup. "Možete pokušati zadržati dobre bakterije dok ubijate loše bakterije", kaže Lu.
Međutim, ta je specifičnost i mač s dva oštrica. Da bi se pokrio dovoljan broj različitih bakterija koje mogu zaraziti pacijenta, u koktel će se morati miješati mnogi virusi. Iako bakteriofagi nisu vrlo skupi za uzgoj, kokteli raznih virusa sasvim su druga stvar.
Lou radi na koktelima bakteriofaga izgrađenih na sigurnim šumama. Određujući područje koje bakteriofagi trebaju zaraziti, možete napasti različite bakterije, usmjeravati bakteriofage u različitim smjerovima. Ostaje samo smisliti kako to učiniti.
Bez obzira na to, teško je stvoriti učinkovit lijek bez saznanja što uzrokuje infekciju. Ako odete liječniku, on vam neće moći pružiti tretman uskog spektra ako ne zna koje vas bakterije muče.
Liječnici trebaju brže dijagnostičke metode kako bi shvatili vrstu ciljanih bakterija i koliko su otporni na tradicionalne antibiotike. Lu i njegovi kolege rade na stvaranju brze, jeftine dijagnostike. Kad zaraze svoje ciljne bakterije, oni ga osvjetljavaju istim bjelančevinama koje koriste krijesnice. Samo dajte pacijentu uzorak bakteriofaga i "možete reći je li uzorak sjaj ili ne, u njemu su bakterije ili ne", kaže Lu.
Širok arsenal
Ovo nisu sva oružja koja dodajemo u svoj arsenal. Znanstvenici istražuju druge mogućnosti, poput slanja drugih bakterija da se bore protiv patogena, pronalaženja novih antibiotika i korištenja antitijela i još mnogo toga.
"Teško se možete osloniti na jednu metodu ili jednu tehnologiju da biste iskoristili cijeli problem", kaže Zhang. Proučavanje superbugova iz različitih kutova, kombinirajući nove taktike i tradicionalne metode liječenja, proširit će naš arsenal.
Proći će nekoliko godina prije nego što se novi instrumenti odobre za široku uporabu. I neko vrijeme će se alternativne antimikrobne metode koristiti samo kad antibiotici više ne djeluju. Jeftinost i učinkovitost antibiotika glavni je razlog zašto ih je teško odbiti. Ali dugoročno će ovo biti jedina opcija.
ILYA KHEL