Naukowcy mogli odkryć nową broń w walce z superbiotykami odpornymi na antybiotyki: leki, które zatrzymują ewolucję bakterii.
Bakterie oporne na antybiotyki to te drobnoustroje, które w jakiś sposób przetrwały nawet pod naporem megadrugów, które miały je zabić. Każdego roku co najmniej 2,8 miliona ludzi w Stanach Zjednoczonych łapie jedną z tych super mocnych bakterii lub opornych grzybów, zgodnie z Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
Jednym ze sposobów ewolucji bakterii w celu uzyskania „oporności na antybiotyki” jest pobranie swobodnie pływającego materiału genetycznego ze środowiska. Następnie włączają zmiatane geny do własnego DNA. W ten sposób bakterie mogą zbierać geny wydalone z drobnoustrojów, które są już oporne, a tym samym same uzyskać odporność. Ale bakterie nie są w stanie złapać krnąbrnych fragmentów DNA bez odpowiedniego sprzętu; „błędy” muszą najpierw wejść w stan zwany „kompetencją”, aby zbudować maszynerię wymaganą do czerpania materiału genetycznego z ich otoczenia.
Bakterie stają się kompetentne, gdy są poddane stresowi, na przykład po poddaniu się antybiotykoterapii. Badania sugerują, że kilka powszechnych klas antybiotyków faktycznie napędza rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki, wpychając bakterie w stan stresu. Ale teraz nowe badanie bakterii Streptococcus pneumoniae zwrócił uwagę na potencjalne rozwiązanie tego paradoksalnego problemu: leki, które przede wszystkim zapobiegają rozwojowi bakterii.
W badaniu opublikowanym we wtorek (3 marca) w czasopiśmie Cell Host & Microbe badacze przetestowali tę strategię na modelu myszy i skutecznie zablokowali kilka szczepów S. pneumoniae od stawania się kompetentnym i wymiany genów wewnątrz myszy. Bakterie, które zwykle żyją w ludzkim nosie i gardle, mogą wywołać poważne infekcje, jeśli migrują do krwioobiegu, zatok, uszu, płuc lub tkanek pokrywających mózg lub rdzeń kręgowy, zgodnie z CDC.
Antybiotyki stanowią jedyne dostępne leczenie tych zakażeń, ale w ponad 30% przypadków S. pneumoniae szczepy okazują się oporne na jeden lub więcej antybiotyków. Sugerują, że jeśli tak zwane leki „antyewolucyjne” okażą się bezpieczne dla ludzi, być może leki te mogłyby zapobiec oporności większej liczby szczepów.
Zatrzymanie rozprzestrzeniania się
Naukowcy przebadali ponad 1300 leków, aby ustalić, które z nich mogą zatrzymać kompetencje. Wyniki wskazywały na 46 takich leków, w tym leki przeciwpsychotyczne, przeciwdrobnoustrojowe i przeciw malarii. Naukowcy odkryli, że chociaż różnorodne, wszystkie leki zapobiegają kompetencji przy niskich dawkach za pomocą tego samego mechanizmu.
„Ścieżka kompetencji jest badana od dziesięcioleci i znamy wszystkie kluczowe elementy”, autorzy badania Jan-Willem Veening, profesor na Wydziale Mikrobiologii Podstawowej Szwajcarskiego Uniwersytetu w Lozannie oraz Arnau Domenech, badacz podoktorski w Veening's laboratorium, powiedział Live Science w e-mailu.
Jeden kluczowy element, znany jako siła proton-motywacyjna (PMF), pozwala komórce wytwarzać energię, importować składniki odżywcze i przesyłać ładunki do i z ciała. Kiedy bakterie przechodzą w ten kompetentny stan, zwykle wypompowują peptyd o nazwie CSP, który gromadzi się poza komórką i wyzwala kompetencję (zdolność do chwytania skrawków genów opornych na antybiotyki), gdy osiągnie pewien próg.
Ale kiedy poddaje się je lekom antyewolucyjnym, S. pneumoniae nie może dłużej utrzymywać normalnego PMF, a transporter, który zwykle wypompowuje awarie CSP. „Ponieważ ścieżka kompetencji jest ściśle regulowana, jeśli CSP nie jest eksportowany, ekspresja kluczowych związków jest blokowana, a kompetencje są hamowane”, powiedział Domenech i Veening.
Autorzy przetestowali wpływ wybranych leków - przeciwdrobnoustrojowych, przeciwpsychotycznych i przeciwmalarycznych - na hodowlę S. pneumoniae i odkryli, że wszyscy zablokowali kompetencje, zakłócając działanie tego komponentu PMF. Znaleźli takie same wyniki zarówno w żywych myszach, jak i w ludzkich komórkach na płytkach laboratoryjnych.
„Piękno niniejszej pracy polega na tym, że znaleźliśmy kilka związków… które mogą nieznacznie zakłócać PMF bez wpływu na normalny wzrost komórki”, dodał Domenech i Veening.
„Zakłóca rozwój bakterii, który napędza selekcję oporności” - powiedział Andrew Read, profesor ekologii i biologii chorób na Pennsylvania State University, który nie był zaangażowany w badania. Powiedział, że jeśli leki mogą blokować kompetencje bez kierowania komórkami do rozwoju oporności, „błędy pozostaną wrażliwe” na leczenie antybiotykami.
Konieczne będą przyszłe badania w celu ustalenia, czy „leki antyewolucyjne” można realistycznie zastosować w połączeniu z antybiotykami, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się oporności na antybiotyki ”- zauważyli autorzy. „Naszym kolejnym krokiem będzie sprawdzenie, czy są specyficzne Streptococcus pneumoniae lub jeśli mogą także blokować nabywanie oporności u innych ludzkich patogenów ”, powiedział Domenech i Veening w Live Science. Read powiedział, że filozofia wykolejenia ewolucji w celu zapobiegania oporności powinna zostać przeniesiona na inne błędy, ale dokładne cele leków mogą się między nimi różnić.
Dodał, że opracowując leki do stosowania u ludzi, naukowcy będą musieli być sprytni w projektowaniu badań klinicznych. „Jest to„ chroń terapeutyczny ”lek, a nie sam terapeutyczny”, co oznacza, że celem tych leków nie byłoby leczenie ludzi, powiedzmy, ale zamiast tego zapobieganie oporowi, powiedział.
„Zamiast dążyć do zabijania błędów”, jak wiele grup stara się osiągnąć dzięki nowym antybiotykom, „stara się to powstrzymać wpływ zmian genetycznych, na które może oddziaływać selekcja”. Czytaj powiedział. „Dla mnie świetne pierwsze kroki - chodźmy”.
