Lääkkeet, jotka ovat olleet suojelemassa meitä yleismaailmallisilta bakteereilta yli seitsemänkymmentä vuotta, ovat hitaasti menettämässä tarttumistaan, ja tarvitsemme uuden aseen tartuntojen torjumiseksi. Tauteja aiheuttavat bakteerit ovat tulossa immuuneiksi niitä tappaneille antibiooteille, jopa lääkkeille, joita pidettiin kerran viimeisenä puolustuslinjana.
Antibioottiresistentit (antibioottiresistentit) bakteerit tappavat noin prosentin saastuneista ihmisistä, jopa kehittyneissä maissa. Ja jos tätä ei huomioida, he tappavat viisi kertaa enemmän ihmisiä vuodessa.
"Monista asioista, joita pidämme itsestäänselvyytenä tällä hetkellä, kuten keisarileikkauksesta, lonkan korvaamisesta tai elinsiirroista, ilman antibiootteja, tulee hyvin vaikeita", sanoo François Franceschi, terapeuttisen kehityksen ohjelmien johtaja Kansallisen allergiainstituutin bakteriologian ja mykologian osastolla ja tarttuvat taudit.
Ihmiset, joilla on heikentynyt immuunijärjestelmä, ovat erityisen haavoittuvia, mutta antibioottien jälkeisessä maailmassa kaikki poikkeuksetta ovat vaarassa.
"Ihmiset sanovat, että antibioottien jälkeisellä aikakaudella antibiootit eivät enää pysty auttamaan meitä pienimmissäkin naarmuissa", sanoo MIT: n bioinsinööri Cesar de la Fuente.
Taistellaksemme vastustuskykyisiä bakteereja kohtaan, siirrymme uusiin liittolaisiin, kuten viruksiin, jotka vain hyökkäävät bakteereihin; erilaisten organismien immuunijärjestelmien tuottamat nanohiukkaset ja pienet proteiinit. Jokaisella työkalulla on omat etunsa ja haittansa, minkä vuoksi tutkijat tutkivat erilaisia lähestymistapoja.
”Monet kentällä työskentelevät ihmiset etsivät tällä hetkellä vaihtoehtoisia strategioita lisätäkseen arsenaaliamme”, Timothy Lu kertoo myös MIT: stä. "Ei ole se, että kukin heistä yrittäisi keksiä omaa hopeaa, joka pelastaa meidät bakteereista loppuelämäämme, vaan tutkii ongelmaa eri näkökulmista."
Mainosvideo:
Tässä on joitain tapoja, joiden avulla voimme auttaa meitä torjumaan ei-toivottuja bakteereja.
Aseta hyökkääjät pois
Bakteereita ei aina tarvitse tappaa neutraloimiseksi. Jotkut hoidot kohdistavat bakteereihin epäsuorasti poistamalla heiltä aseensa. Bakteerit ovat paikoillaan, mutta tartunnan seuraukset eivät ole vakavia, ja immuunijärjestelmällä on mahdollisuus torjua tartunta yksinään.
Jos lääkkeesi ei todellakaan tappaa bakteereja, heillä ei ole vähemmän kannustinta rakentaa vastustuskykyä sille. Resistenssin kehittyminen vie kauemmin, koska bakteerit eivät taistele aktiivisesti lääkettä vastaan, Franceschi sanoo.
Monet bakteerit vapauttavat toksiineja, jotka vahingoittavat isäntäsoluja. Yksi yleisimmistä toksiinityypeistä on nimeltään huokostenmuodostus, joka puhkaisee reikiä soluissa. Sitä eristävät metisilliiniresistentit Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria-bakteerit, pernaruttobakteerit ja myrkky käärmeistä, skorpioneista ja merivuokoista.
Liangfang Zhang keksi, kuinka nämä myrkyt voidaan poistaa. "Sinä otat pois aseet ja ne muuttuvat paljon heikommiksi", sanoo Zhang, nano-suunnittelija Kalifornian yliopistossa, San Diegossa. Se päällystää nanohiukkaset makealla kohteella - kalvoilla, jotka koostuvat punasoluista. Punainen verisolu toimii houkutuksena, imeen toksiinia, joka muuten hyökätä terveisiin soluihin. "Se on kuin sieni, joka imee toksiineja", Zhang selittää.
Ensimmäisessä tutkimuksessaan hän osoitti, että nanosienet absorboivat toksiineja vahingoittamatta hiiriä. Zhangin työ nanohiukkasten houkuttimina tänä vuonna oli yksi 24 hankkeesta, jotka saivat rahoitusta kansallisilta terveysinstituutteilta. Hän toivoo aloittavansa kliiniset tutkimukset ihmisillä jo ensi vuonna.
Nanohiukkaset, jotka on usein valmistettu muovista tai metalleista, kuten hopeasta, voivat myös heikentää bakteereja tuhoamalla niiden suojaavat solumembraanit tai aiheuttamalla DNA-vaurioita. Nanohiukkasten kanssa on helppo työskennellä, koska ne rakentavat itse. "Sinä hallitset lämpötilaa, liuotinta ja kaikkea muuta, ja nämä molekyylit kokoontuvat itsensä nanohiukkasiksi", Zhang sanoo.
Nanohiukkaset voivat olla kalliimpia kuin perinteiset antibiootit. Ja niiden saaminen oikeaan paikkaan kehossa voi olla haaste myös. Toinen haaste on varmistaa, että nanohiukkaset ovat materiaaleja, jotka eivät aiheuta välitöntä immuunivastetta, ja hajoavat ajan myötä, jotta ne eivät kerry kehossa.
Lou sanoo, että joidenkin näiden asioiden pitkäaikaisesta turvallisuudesta on edelleen kysymyksiä.
Erikois lähetys
Vaihtoehtoisia hoitomuotoja voidaan käyttää olemassa olevien antibioottien tehostamiseksi. Esimerkiksi tutkijat tutkivat nyt, miten nanohiukkasia voitaisiin käyttää syöpälääkkeiden ja antibioottien toimittamiseen.
Antibiootit jakautuvat kehossa ja ovat myrkyllisiä suurina annoksina. Nanohiukkasten avulla voitiin vapauttaa väkeviä annoksia lääkkeitä. Tuhansia lääkemolekyylejä voitiin ajaa yhden nanohiukkasen sisään.
"Ne voivat helposti kiinnittyä kalvoon ja vapauttaa lääkkeet vähitellen suoraan bakteereihin", Zhang sanoo. Näin ollen tehokkaampi kuorma voitaisiin kohdistaa tarkemmin lisäämättä lääkkeen kokonaisannosta. Tällä tavoin bakteerien resistenssimekanismi voitaisiin tukahduttaa - ne yksinkertaisesti eivät kehittäisi resistenssiä kohtaan vaikuttavia antibiootteja vastaan.
Nanohiukkasten, kuten monien muiden työkalujen, ongelma on, että immuunijärjestelmä näkee ne uhkana.”Ne ovat kooltaan hyvin samanlaisia kuin virukset. Kehomme oppii puolustautumaan näiltä nanohiukkasilta tai viruksilta, ellet suojaa niitä."
Zhang ja hänen kollegansa ovat peittäneet nanohiukkaset takkiin, jotka on tehty verihiutalekalvoista, soluista, jotka auttavat verihyytymää. Sivulta katsottuna nanohiukkaset ovat samanlaisia kuin nämä pienet verisolut. Joitakin bakteereja houkuttelevat verihiutaleet - heidän avullaan naamioidaan immuunijärjestelmä. Verihiutalepäällysteiset nanohiukkaset voivat pelata kahdesti, värväämällä hyökkääjiä räjäyttämään ne lääkkeellä.
Kaikki nanohiukkaset vapauttavat lääkkeitä bakteerien läsnäollessa, Zhang sanoo. Verihiutaleilla päällystettyjen hiukkasten avulla hän on jo parannut hiiriä, jotka on infektoitu MRSA: n moniantibioottiresistenssillä kannalla.
Suora hyökkäys
Joskus kuitenkin puolit toimenpiteet eivät auta. Perinteisille antibiooteille on vaihtoehtoja, jotka voivat tappaa bakteerit. Yksi strategia on luoda antimikrobisten peptidien (AMP) keinotekoisia versioita, jotka ovat osa luontaista immuunivastetta mikrobissa, kasveissa ja eläimissä (kuten Tasmanian paholaisia). Nämä komponentit hyökkäävät patogeenin kalvoon ja aiheuttavat tuhoa solussa.
Osana äskettäistä projektia de la Fuente työskenteli Lou: n ja muiden kanssa valitakseen myrkyttömän AMP: n, jota löydettiin yksinkertaisista merieläimistä, nimeltään vaippaeläimiä. Tutkijat lisäsivät useita aminohappoja emäksiseen asemaan parantaen sen kykyä hoitaa hiiriä, jotka oli infektoitu antibioottiresistentteillä E. coli -kannoilla tai MRSA: lla. Väkevä AMP vahvistaa myös jyrsijöiden immuunijärjestelmää, vähentää tulehdusta ja vaatii apua valkosolujen muodossa.
Antimikrobiset peptidit voivat voittaa monenlaisia patogeenejä, ja bakteereilla on vaikea kehittää niiden vastustuskykyä. "Verrattuna tavanomaisiin antibiootteihin, nämä peptidit ovat monissa tapauksissa tehokkaampia", de la Fuente sanoo.
AMP: t koostuvat suhteellisen lyhyistä aminohappoketjuista, jotka ovat proteiinin rakennuspalikoita. Siksi niitä on melko yksinkertainen (vaikkakin kallis) rakentaa. "Meillä ei ole vielä alentaa kustannuksia", de la Fuente sanoo. Tutkijat etsivät tapoja tehdä AMP: t halvemmaksi ohjelmoimalla mikrobit, jotta he eivät luota koneeseen ja anna mikrobien tehdä sen itse.
Siitä huolimatta on huolta siitä, että AMP voi hyökätä isäntäsoluihin. Ja kuten monien antibioottivaihtoehtojen tapauksessa, peptidien lähettäminen oikeaan paikkaan riittävän korkeana pitoisuutena säilyttääkseen tehokkuutensa voi olla haaste. Lyhyellä aikavälillä paikallinen soveltaminen on todennäköisempää, de la Fuente sanoi. Nämä peptidit voitiin sisällyttää esimerkiksi kermaan, joka voitiin levittää avoimeen haavaan tai ihoinfektioon. Niitä voitaisiin käyttää myös pöytien, tietokoneiden, kirurgisten instrumenttien tai katetrien peittämiseen estämään bakteereja asettamasta niitä.
Uudelleen herkistymistä
Toinen tapa heikentää bakteereja on päästä eroon heistä niiden kehittämästä resistenssistä antibiooteille. Tällaisissa tehtävissä voidaan käyttää viruksia, jotka ovat erikoistuneet bakteerien, bakteriofaagien syömiseen.
Bakteriofaagit ovat erittäin tehokkaita bakteerien tappajia, mutta geenitekniikan avulla tutkijat voisivat antaa heille uusia kykyjä, mukaan lukien bakteerien herkkyyden palauttaminen perinteisiin lääkkeisiin.
Uudelleenohjelmoidut bakteriofaagit voivat tulla pakkomielle bakteereista, jotka kantavat geenejä, jotka antavat antibioottiresistenssin, poistavat tämän kyvyn tai tappavat bakteerit. Kun resistentit mikrobit tuhoutuvat tai tehdään vaarattomiksi, jäljelle jäävä populaatio on alttiita antibiooteille.
Toinen menetelmä, joka antaa bakteereille vastustaa antibiootteja, on erittämällä yhdisteitä, jotka luovat biokalvon, jonka läpi lääke ei pääse tunkeutumaan. On mahdollista luoda bakteriofageja, jotka syövät biokalvon.
Luonnossa bakteriofaagit voivat tappaa bakteerit suoraan. Jotkut heistä liittävät DNA: nsa bakteereihin ja vapautuakseen vain syövät vain soluseinämän läpi räjäyttäen solun, Lu sanoo. Toiset toimivat loisina.
Bakteriofaagit löydettiin noin sata vuotta sitten. Antibiootit ovat korvanneet ne Yhdysvalloissa, mutta niitä käytetään edelleen Venäjällä ja joissain Itä-Euroopan maissa. Antibioottiresistenttien bakteerien kasvaessa tiedemiehet kääntyvät jälleen bakteriofaagien puolelle - ne ovat yhtä tehokkaita ihmisten hoidossa, vain kliiniset tutkimukset eivät ole vielä vahvistaneet tätä.
Yksi näiden virusten eduista on, että ne voivat replikoitua itse. Voit laittaa vain pienen määrän ja tappaa monia bakteereja. Ja koska he tarvitsevat eläviä soluja lisääntymiseen, ne lopettavat lisääntymisen heti, kun kaikki isäntäsolut tuhoutuvat.
Kuten muutkin vaihtoehdot, bakteriofaagit voivat kuitenkin laukaista immuunijärjestelmän vasteen. "Jos pistät viruksen tai vieraan peptidin ihmiskehoon, on aina mahdollista, että reaktio seuraa", Lu sanoo. Toinen huolenaihe on, että jotkut faagit voivat poimia antibioottiresistenssiin liittyviä geenejä ja siirtää niitä muille bakteereille.
Mutta ne eivät todennäköisesti vahingoita ihmisen kudosta. Bakteriofaagit eivät moninkertaistu ihmisen soluissa. Meillä on joukko bakteriofageja - on vaikea sanoa, että ne ovat meille vieraita.
Henkilökohtainen kontakti
Useita vaihtoehtoisia hoitomuotoja voitaisiin räätälöidä kohdistamaan tiettyjä bakteereja. Tässäkin bakteriofaagit ovat ihanteellisia ehdokkaita. "Ne ovat pohjimmiltaan bakteerien luonnollinen vihollinen", Lu sanoo. Yleensä "jos löydät bakteereja, löydät myös bakteriofageja".
Perinteiset antibiootit tappavat usein bakteereja erotuksetta - mukaan lukien kehomme luonnollinen mikrobiomi, jolla on tärkeä rooli terveydessämme. Se on mattopommitus, joka tappaa kaiken.
Virukset tarjoavat yksilöllisemmän lähestymistavan. "Voit yrittää pitää hyvät bakteerit tappaaen samalla huonot bakteerit", Lu sanoo.
Tämä erityisyys on kuitenkin myös kaksiteräinen miekka. Jotta katetaan riittävä määrä erilaisia bakteereita, jotka voivat tartuttaa potilaan, monta virusta on sekoitettava cocktailiin. Vaikka bakteriofaageja ei ole kovin kallista kasvattaa, erilaisten virusten cocktailat ovat toinen asia kokonaan.
Lou työskentelee bakteereiden cocktaileilla, jotka on rakennettu turvallisille metsille. Määrittämällä alue, jonka bakteriofagien tulisi tarttua, voit hyökätä eri bakteereihin, ohjata bakteriofaageja eri suuntiin. Jää vain selvittää, miten se tehdään.
Kuitenkin, on vaikea luoda tehokasta lääkettä tietämättä, mikä aiheuttaa infektion. Jos menet lääkärillesi, hän ei voi tarjota sinulle kapeiden kirjojen hoitoa, jos hän ei tiedä, mitkä bakteerit häiritsevät sinua.
Lääkärit tarvitsevat nopeampia diagnosointimenetelmiä, jotta he voivat selvittää kohdebakteerien tyypin ja kuinka kestävät he ovat perinteisiä antibiootteja vastaan. Lu ja hänen kollegansa pyrkivät luomaan nopean ja halvan diagnoosin. Kun he tartuttavat kohdebakteereitaan, he valaisevat sen samalla proteiinilla, jota Fireflies käyttää. Antakaa vain bakteriofaaginäyte potilaalle ja "voit kertoa, onko näyte hehkuva vai ei, bakteereja on siinä tai ei", Lu sanoo.
Laaja arsenaali
Nämä eivät ole kaikkia aseita, jotka lisäämme arsenaaliimme. Tutkijat tutkivat muita vaihtoehtoja, kuten muiden bakteerien lähettämistä taudinaiheuttajia torjumaan, uusien antibioottien löytäminen ja vasta-aineiden käyttö ja paljon muuta.
"Et tuskin voi luottaa yhteen menetelmään tai yhteen tekniikkaan juurtuakseen koko ongelmaan", Zhang sanoo. Opiskelemalla superbugit eri näkökulmista, yhdistämällä uusia taktiikoita ja perinteisiä hoitomenetelmiä, laajennamme arsenaaliamme.
Uusien välineiden hyväksyminen laajaan käyttöön kestää useita vuosia. Ja jonkin aikaa vaihtoehtoisia antimikrobisia menetelmiä käytetään vasta, kun antibiootit eivät enää toimi. Antibioottien halvuus ja tehokkuus on tärkein syy siihen, miksi niistä on vaikea kieltäytyä. Mutta pitkällä tähtäimellä tämä on ainoa vaihtoehto.
ILYA KHEL