Medicamentele care ne-au protejat de bacteriile omniprezente de mai bine de șaptezeci de ani își pierd încetul cu încetul, și avem nevoie de o nouă armă pentru combaterea infecțiilor. Bacteriile provocatoare de boli devin imune la antibioticele care le-au ucis odată, chiar și la medicamentele care au fost considerate cândva ultima linie de apărare.
Bacteriile rezistente la antibiotice (rezistente la antibiotice) omoară aproximativ un procent din persoanele pe care le infectează, chiar și în țările dezvoltate. Și dacă acest lucru este ignorat, vor omorî de cinci ori mai mulți oameni în fiecare an.
„Multe lucruri pe care noi le asumăm în acest moment, cum ar fi o cezariană, sau înlocuirea șoldului sau transplanturi de organe, fără antibiotice, vor deveni foarte dificile”, spune François Franceschi, manager de program pentru dezvoltarea terapeutică în departamentul de bacteriologie și micologie al Institutului Național de Alergie și boli infecțioase.
Persoanele cu sistem imunitar slăbit sunt deosebit de vulnerabile, dar în lumea post-antibiotică, toată lumea, fără excepție, va fi în pericol.
„Oamenii spun că, în era post-antibiotică, antibioticele nu vor mai putea să ne ajute nici măcar cu cea mai mică zgârietură”, spune Cesar de la Fuente, un bioinginer la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
Pentru a lupta împotriva bacteriilor rezistente, apelăm la noi aliați, precum virusurile, care atacă doar bacteriile; nanoparticule și proteine minuscule produse de sistemele imunitare ale diferitelor organisme. Fiecare instrument are propriile avantaje și dezavantaje, motiv pentru care oamenii de știință studiază o varietate de abordări.
„O mulțime de oameni în domeniu caută în prezent strategii alternative pentru a adăuga arsenalului nostru”, spune Timothy Lu, tot la MIT. „Nu este faptul că fiecare dintre ei încearcă să își inventeze propriul glonț de argint care ne va salva de bacterii pentru restul vieții noastre, ci studiază problema din unghiuri diferite”.
Video promotional:
Iată câteva modalități prin care ne putem ajuta să abordăm bacteriile nedorite.
Dezarmați invadatorii
Bacteriile nu trebuie întotdeauna ucise pentru a neutraliza. Unele tratamente vizează germenii în mod indirect prin lipsirea de arme. Bacteriile vor fi pe loc, dar consecințele infecției nu vor fi grave, iar sistemul imunitar va avea șansa de a lupta împotriva infecției de unul singur.
Dacă medicamentul dvs. nu omoară bacteriile, acestea vor avea un stimulent mai redus pentru a-și dezvolta rezistența. Franceschi va spune că va dura mai mult timp pentru a se dezvolta rezistența, deoarece bacteriile nu vor lupta activ cu medicamentul.
Multe bacterii eliberează toxine care afectează celulele gazdă. Unul dintre cele mai frecvente tipuri de toxine este denumit formarea de pori, care găurește găurile din celule. Este izolată de Staphylococcus aureus rezistent la meticilină, Escherichia coli, Listeria, bacteriile antrax și veninul de la șerpi, scorpioni și anemone marine.
Liangfang Zhang și-a dat seama cum să elimini aceste toxine. „Îți scoți armele și acestea devin mult mai slabe”, spune Zhang, un nano-inginer din cadrul Universității din California, San Diego. Înveliște nanoparticulele cu o țintă dulce - membrane formate din celule roșii din sânge. Celulele roșii din sânge acționează ca un vopsitor, supt toxină care ar ataca celulele sănătoase. „Este ca un burete care aspiră toxine”, explică Zhang.
În primul său studiu, el a arătat că nano-bureții au absorbit toxinele fără a dăuna șoarecilor. Lucrarea lui Zhang cu nanoparticule ca decoys în acest an a fost unul dintre cele 24 de proiecte pentru a primi finanțare de la Institutele Naționale de Sănătate. El speră să înceapă studiile clinice la oameni încă din anul viitor.
Nanoparticulele, care sunt adesea fabricate din materiale plastice sau metale, cum ar fi argintul, pot slăbi bacteriile distrugând membranele celulare de protecție sau cauzând leziuni ale ADN-ului. Nanoparticulele sunt ușor de lucrat pentru că se construiesc singure. „Tu controlezi temperatura, solventul și orice altceva, iar aceste molecule se adună într-o nanoparticule”, spune Zhang.
Nanoparticulele pot fi mai scumpe decât antibioticele tradiționale. Și a-i duce la locul potrivit în corp poate fi și o provocare. O altă provocare este să vă asigurați că nanoparticulele sunt fabricate din materiale care nu vor produce un răspuns imun imediat și se vor descompune în timp, astfel încât să nu se acumuleze în organism.
Lou spune că rămân întrebări cu privire la siguranța pe termen lung a unora dintre aceste lucruri.
Livrare speciala
Se pot aplica tratamente alternative pentru a eficientiza antibioticele existente. De exemplu, oamenii de știință studiază acum modul în care nanoparticulele ar putea fi utilizate pentru a furniza medicamente anti-cancer și antibiotice.
Antibioticele sunt distribuite în întregul corp și sunt toxice în doze mari. Cu ajutorul nanoparticulelor, s-au putut elibera doze concentrate de medicamente. Mii de molecule de medicament ar putea fi transpuse în interiorul unei singure nanoparticule.
„Se pot atașa cu ușurință la membrană și pot elibera treptat medicamentele direct pe bacterii”, spune Zhang. În consecință, o sarcină mai eficientă ar putea fi direcționată mai precis fără a crește doza totală de medicament. În acest fel, mecanismul de rezistență bacteriană ar putea fi suprimat - ele pur și simplu nu ar dezvolta rezistență împotriva antibioticelor cu acțiune la punct.
Problema cu nanoparticulele, la fel ca multe alte instrumente, este că sistemul imunitar le consideră ca o amenințare. „Au dimensiuni foarte asemănătoare cu virușii. Corpul nostru va învăța să se apere de aceste nanoparticule sau viruși, dacă nu le protejezi."
Zhang și colegii săi au nanoparticule camuflate în jachete făcute din membrane plachetare, celulele care ajută la formarea cheagurilor de sânge. Din lateral, nanoparticulele sunt similare cu aceste celule din sânge în miniatură. Unele bacterii sunt atrase de trombocite - cu ajutorul lor, sunt mascate de sistemul imunitar. Nanoparticulele acoperite cu plachete ar putea juca de două ori, recrutând invadatori pentru a le detona cu un medicament.
Zhang spune că toate nanoparticulele vor elibera medicamente în prezența bacteriilor. Cu ajutorul particulelor acoperite cu trombocite, el a vindecat deja șoareci infectați cu tulpina MRSA rezistentă la multi-antibiotice.
Atac direct
Uneori, însă, jumătățile de măsuri nu ajută. Există alternative la antibiotice tradiționale care pot ucide bacteriile. Una dintre strategii este crearea de versiuni artificiale ale peptidelor antimicrobiene (AMP), care fac parte din răspunsul imun înnăscut la microbi, plante și animale (precum diavolii tasmanieni). Aceste componente atacă membrana agentului patogen și produc ravagii în interiorul celulei.
Ca parte a unui proiect recent, de la Fuente a colaborat cu Lou și alții pentru a selecta un AMP non-toxic găsit la animale marine simple numite tunicate. Oamenii de știință au adăugat mai mulți aminoacizi în cadrul de bază, îmbunătățindu-i capacitatea de a trata șoarecii infectați cu tulpini rezistente la antibiotice de E. coli sau MRSA. AMP fortificată întărește, de asemenea, sistemul imunitar al rozătoarelor, reduce inflamația și solicită ajutor sub formă de celule albe din sânge.
Peptidele antimicrobiene pot învinge o gamă largă de agenți patogeni, iar bacteriile au greu să dezvolte rezistență la acestea. „În comparație cu antibioticele convenționale, aceste peptide sunt mai eficiente în multe cazuri”, spune de la Fuente.
AMP-urile sunt formate din lanțuri relativ scurte de aminoacizi, blocurile de proteine. Prin urmare, sunt destul de simple (deși costisitoare) de construit. „Încă trebuie să reducem costurile”, spune de la Fuente. Oamenii de știință explorează modalități de a face AMP-uri mai ieftine prin programarea microbilor, astfel încât să nu se bazeze pe o mașină și să lase microbii să le facă singuri.
Cu toate acestea, există îngrijorari că AMP poate ataca celulele gazdei. Și ca în cazul multor alternative de antibiotice, trimiterea de peptide la locul potrivit într-o concentrație suficient de mare pentru a rămâne eficientă poate fi o provocare. Pe termen scurt, aplicația locală este mai probabilă, a spus de la Fuente. Aceste peptide ar putea fi încorporate, de exemplu, într-o cremă care ar putea fi aplicată pe o rană deschisă sau pe locul unei infecții pe piele. Ele ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a acoperi mese, calculatoare, instrumente chirurgicale sau catetere pentru a evita germenii să le colonizeze.
Re-sensibilizare
Un alt mod de a slăbi bacteriile este de a le scăpa de rezistența pe care au dezvoltat-o la antibiotice. Pentru astfel de misiuni, ar putea fi utilizate viruși specializați în consumul de bacterii, bacteriofage.
Bacteriofagii sunt ucigași ai bacteriilor extrem de eficiente, însă, prin inginerie genetică, oamenii de știință le-ar putea oferi noi abilități, inclusiv restabilirea sensibilității bacteriilor la medicamentele tradiționale.
Bacteriofagele reprogramate pot deveni obsedate de bacteriile care poartă gene care conferă rezistență la antibiotice, elimină această capacitate sau ucid bacteriile. Când microbii rezistenți sunt distruși sau devin inofensivi, populația rămasă va fi vulnerabilă la antibiotice.
O altă metodă care permite bacteriilor să reziste la antibiotice este secretând compuși care creează un biofilm prin care medicamentul nu poate pătrunde. Este posibil să se creeze bacteriofagi care vor consuma biofilm.
În natură, bacteriofagii pot ucide direct bacteriile. Unii dintre ei își conectează ADN-ul în bacterii și, pentru a se elibera, mănâncă pur și simplu prin peretele celular, suflând celula, spune Lu. Alții acționează ca paraziți.
Bacteriofagele au fost descoperite acum aproximativ o sută de ani. Antibioticele le-au înlocuit în Statele Unite, dar continuă să fie utilizate în Rusia și în unele țări din Europa de Est. Pe măsură ce bacteriile rezistente la antibiotice cresc, oamenii de știință apelează din nou la bacteriofage - sunt la fel de eficiente în tratarea oamenilor, doar studiile clinice nu au confirmat încă acest lucru.
Unul dintre avantajele acestor viruși este că se pot reproduce. Puteți pune doar o cantitate mică și puteți ucide multe bacterii. Și având în vedere că au nevoie de celule vii pentru a se reproduce, acestea vor înceta să se reproducă imediat ce toate celulele gazdei sunt distruse.
Cu toate acestea, ca și alte alternative, bacteriofagii pot declanșa un răspuns al sistemului imunitar. „Dacă injectați orice virus sau peptidă străină în corpul uman, există întotdeauna șansa ca o reacție să urmeze”, spune Lu. O altă îngrijorare este aceea că unii fagi pot ridica gene asociate cu rezistența la antibiotice și le pot transmite altor bacterii.
Dar este puțin probabil să deterioreze țesutul uman. Bacteriofagele nu se multiplică în celulele umane. Avem o mulțime de bacteriofage în interiorul nostru - este greu de spus că sunt străini pentru noi.
Contact personal
Mai multe tratamente alternative ar putea fi adaptate pentru a viza anumite germeni. Aici, din nou, bacteriofagii sunt candidați ideali. „Ei sunt în esență inamicul natural al bacteriilor”, spune Lu. De obicei, „dacă găsiți bacterii, găsiți și bacteriofagi”.
Antibioticele tradiționale ucid bacteriile în mod indiscriminator - inclusiv în microbiomul natural al organismului nostru, care joacă un rol important în sănătatea noastră. Bombardamentele pe covoare sunt cele care omoară totul.
Virusurile oferă o abordare mai personalizată. „Puteți încerca să păstrați bacteriile bune și să le omori pe cele rele”, spune Lu.
Totuși, această specificitate este și o sabie cu două tăișuri. Pentru a acoperi un număr suficient de diferite bacterii care pot infecta un pacient, multe virusuri vor trebui amestecate în cocktail. Deși bacteriofagele nu sunt foarte scumpe de cultivat, cocktailurile dintr-o varietate de viruși sunt o altă problemă în întregime.
Lou lucrează la cocktailuri de bacteriofage construite pe păduri sigure. Determinând zona pe care bacteriofagii ar trebui să o infecteze, puteți ataca diferite bacterii, direcționați bacteriofagii în direcții diferite. Rămâne doar să vă dați seama cum să o faceți.
Fie că este posibil, este dificil să creezi un medicament eficient fără să știi ce provoacă infecția. Dacă mergeți la medic, acesta nu vă va putea oferi tratament cu spectru restrâns dacă nu știe ce bacterii vă deranjează.
Medicii au nevoie de metode de diagnostic mai rapide, astfel încât să poată afla tipul de bacterii țintă și cât de rezistente sunt acestea la antibiotice tradiționale. Lu și colegii săi lucrează pentru a crea diagnostice rapide și ieftine Când își infectează bacteriile țintă, îl aprind cu aceeași proteină pe care o folosesc licuricii. Doar dați probei de bacteriofag pacientului și „puteți spune dacă eșantionul luminează sau nu, bacteriile sunt prezente în el sau nu”, spune Lu.
Arsenal larg
Acestea nu sunt toate armele pe care le adăugăm la arsenalul nostru. Oamenii de știință explorează alte opțiuni, cum ar fi trimiterea altor bacterii pentru combaterea agenților patogeni, găsirea de noi antibiotice și utilizarea anticorpilor și multe altele.
„Cu greu te poți baza pe o metodă sau o singură tehnologie pentru a depăși întreaga problemă”, spune Zhang. Studierea superbugurilor din diferite unghiuri, combinând noi tactici și metode tradiționale de tratament, ne va extinde arsenalul.
Va fi nevoie de câțiva ani până când noile instrumente sunt aprobate pentru utilizare pe scară largă. Și pentru un timp, metodele antimicrobiene alternative vor fi utilizate doar atunci când antibioticele nu mai funcționează. Motivul ieftin și eficiența antibioticelor este principalul motiv pentru care sunt dificil de refuzat. Dar pe termen lung, aceasta va fi singura opțiune.
ILYA KHEL
