Zāles, kas mūs vairāk nekā septiņdesmit gadus ir pasargājušas no visuresošajām baktērijām, lēnām zaudē saķeri, un mums ir nepieciešams jauns ierocis cīņai ar infekcijām. Slimības izraisošās baktērijas kļūst imūnas pret antibiotikām, kas kādreiz tās nogalināja, pat pret zālēm, kuras kādreiz tika uzskatītas par pēdējo aizsardzības līniju.
Antibiotiku izturīgas (pret antibiotikām izturīgas) baktērijas nogalina apmēram vienu procentu cilvēku, kurus tās inficē, pat attīstītajās valstīs. Un, ja tas netiks ņemts vērā, viņi katru gadu nogalinās piecas reizes vairāk cilvēku.
“Daudzas lietas, kuras šobrīd uzskatām par pašsaprotamām, piemēram, ķeizargrieziens vai gūžas locītavas aizstāšana vai orgānu transplantācija bez antibiotikām, kļūs ļoti sarežģītas,” saka Fransuā Frančeski, Nacionālā alerģijas institūta bakterioloģijas un mikoloģijas nodaļas terapeitiskās attīstības programmas vadītājs un infekcijas slimības.
Īpaši neaizsargāti ir cilvēki ar novājinātu imūnsistēmu, bet pasaulē pēc antibiotikām visi bez izņēmuma būs pakļauti riskam.
“Cilvēki saka, ka laikmetā pēc antibiotikām antibiotikas vairs nespēs mums palīdzēt pat ar vismazāko skrāpējumu,” saka Česārs de la Fuente, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta bioinženieris.
Lai cīnītos pret rezistentām baktērijām, mēs vēršamies pie jauniem sabiedrotajiem, piemēram, vīrusiem, kuri uzbrūk tikai baktērijām; nanodaļiņas un sīkas olbaltumvielas, ko ražo dažādu organismu imūnsistēmas. Katram rīkam ir savas priekšrocības un trūkumi, tāpēc zinātnieki pēta dažādas pieejas.
“Daudzi cilvēki uz vietas šobrīd meklē alternatīvas stratēģijas, lai papildinātu mūsu arsenālu,” saka Timothy Lu, arī MIT. "Nav tā, ka katrs no viņiem mēģina izgudrot savu sudraba lodi, kas visu atlikušo mūžu glābs mūs no baktērijām, bet gan pēta problēmu no dažādiem rakursiem."
Reklāmas video:
Šeit ir daži veidi, kā mēs varam palīdzēt tikt galā ar nevēlamām baktērijām.
Atbruņot iebrucējus
Lai neitralizētu baktērijas, tās ne vienmēr ir jānogalina. Daži ārstēšanas veidi pret baktērijām vērsti netieši, atņemot viņiem ieročus. Baktērijas atradīsies savā vietā, bet infekcijas sekas nebūs nopietnas, un imūnsistēmai būs iespēja atsevišķi cīnīties ar infekciju.
Ja jūsu zāles faktiski nenogalina baktērijas, viņiem būs mazāks stimuls veidot izturību pret to. Rezistences izveidošanās prasīs ilgāku laiku, jo baktērijas aktīvi nekaros ar zālēm, saka Frančeski.
Daudzas baktērijas izdala toksīnus, kas bojā saimnieka šūnas. Viens no visbiežāk sastopamajiem toksīnu veidiem tiek saukts par poru veidošanos, kas caurdur caurumus šūnās. To izdala meticilīnrezistentie Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria, Sibīrijas mēra baktērijas un čūsku, skorpionu un jūras anemonu inde.
Liangfangs Džans izdomāja, kā šos toksīnus novērst. "Jūs atņemat ieročus, un tie kļūst daudz vājāki," saka Džangs, nanoinženieris Kalifornijas Universitātē Sandjego. Tas pārklāj nanodaļiņas ar saldu mērķi - membrānām, kuras veido sarkanās asins šūnas. Sarkanās asins šūnas darbojas kā māneklis, iesūcot toksīnu, kas pretējā gadījumā uzbrūk veselām šūnām. “Tas ir kā sūklis, kas izsūc toksīnus,” skaidro Džans.
Savā pirmajā pētījumā viņš parādīja, ka nanosūkļi absorbē toksīnus, nekaitējot pelēm. Zhang darbs ar nanodaļiņām kā mānekļiem šogad bija viens no 24 projektiem, kas saņēma finansējumu no Nacionālajiem veselības institūtiem. Viņš cer sākt klīniskos pētījumus ar cilvēkiem jau nākamajā gadā.
Nanodaļiņas, kas bieži tiek izgatavotas no plastmasas vai metāliem, piemēram, sudraba, var arī novājināt baktērijas, iznīcinot to aizsargājošās šūnu membrānas vai izraisot DNS bojājumus. Ar nanodaļiņām ir viegli strādāt, jo tās veido pašas. "Jūs kontrolējat temperatūru, šķīdinātāju un visu pārējo, un šīs molekulas samontējas nanodaļiņās," saka Džans.
Nanodaļiņas var būt dārgākas nekā tradicionālās antibiotikas. Arī viņu nokļūšana pareizajā ķermeņa vietā var būt izaicinājums. Vēl viens izaicinājums ir pārliecināties, ka nanodaļiņas ir izgatavotas no materiāliem, kas neizraisīs tūlītēju imūno reakciju, un laika gaitā sadalīsies, tāpēc tie neuzkrājas ķermenī.
Paliek jautājumi par dažu šo lietu ilgtermiņa drošību, saka Lou.
Īpaša piegāde
Lai esošās antibiotikas būtu efektīvākas, var izmantot alternatīvas ārstēšanas metodes. Piemēram, zinātnieki tagad pēta, kā nanodaļiņas varētu izmantot pretvēža zāļu un antibiotiku piegādei.
Antibiotikas tiek izplatītas visā ķermenī un lielās devās ir toksiskas. Ar nanodaļiņu palīdzību varēja atbrīvot koncentrētas zāļu devas. Vienā nanodaļiņā varētu ievietot tūkstošiem zāļu molekulu.
"Viņi var viegli vienkārši piestiprināties pie membrānas un pakāpeniski atbrīvot zāles tieši uz baktērijām," saka Džans. Līdz ar to efektīvāku slodzi varētu precīzāk noteikt, nepalielinot kopējo zāļu devu. Tādā veidā varētu tikt nomākts baktēriju rezistences mehānisms - tie vienkārši neattīstīs rezistenci pret punktveida antibiotikām.
Nanodaļiņu problēma, tāpat kā daudzu citu instrumentu, ir tā, ka imūnsistēma tos uzskata par draudiem. “Pēc lieluma tie ir ļoti līdzīgi vīrusiem. Mūsu ķermenis iemācīsies sevi aizstāvēt pret šīm nanodaļiņām vai vīrusiem, ja jūs tos neaizsargājat."
Džan un viņa kolēģi ir maskējušies nanodaļiņas jakās, kas izgatavotas no trombocītu membrānām - šūnām, kas palīdz asins recekļiem. No malas nanodaļiņas ir līdzīgas šīm miniatūrām asins šūnām. Dažas baktērijas piesaista trombocīti - ar viņu palīdzību tie tiek maskēti no imūnsistēmas. Ar trombocītu pārklātas nanodaļiņas varēja spēlēt divreiz, vervējot iebrucējus, lai tās spridzinātu ar narkotiku.
Visas nanodaļiņas izdalīs narkotikas baktēriju klātbūtnē, saka Džans. Ar trombocītu pārklātu daļiņu palīdzību viņš jau ir izārstējis peles, kas inficētas ar MRSA celmu, kas izturīgs pret daudzām antibiotikām.
Tiešs uzbrukums
Dažreiz tomēr pusi pasākumi nepalīdz. Tradicionālajām antibiotikām ir alternatīvas, kas var iznīcināt baktērijas. Viena stratēģija ir radīt pretmikrobu peptīdu (AMP) mākslīgās versijas, kas ir daļa no iedzimtas imūnās atbildes reakcijas mikrobiem, augiem un dzīvniekiem (piemēram, Tasmānijas velniem). Šie komponenti uzbrūk patogēna membrānai un iznīcina šūnas.
Nesenā projekta ietvaros de la Fuente strādāja ar Lou un citiem, lai atlasītu netoksisku AMP, kas atrodams vienkāršos jūras dzīvniekos, kurus sauc par tunikātiem. Zinātnieki pamatam pievienoja vairākas aminoskābes, uzlabojot to spēju ārstēt peles, kas inficētas ar E. coli pret antibiotikām izturīgiem celmiem vai MRSA. Stiprināts AMP arī stiprina grauzēju imūnsistēmu, mazina iekaisumu un aicina pēc palīdzības balto asins šūnu veidā.
Pretmikrobu peptīdi var sakaut plašu patogēnu loku, un baktērijām ir grūti attīstīt izturību pret tiem. “Salīdzinot ar parastajām antibiotikām, šie peptīdi daudzos gadījumos ir efektīvāki,” saka de la Fuente.
AMP veido samērā īsas aminoskābju ķēdes, kas ir olbaltumvielu pamatelementi. Tādēļ tos ir diezgan vienkārši (lai arī dārgi) būvēt. “Mums vēl nav jāsamazina izmaksas,” saka de la Fuente. Zinātnieki pēta veidus, kā padarīt AMP lētākus, ieprogrammējot mikrobus, lai viņi nepaļaujas uz mašīnu un ļautu mikrobiem to izdarīt paši.
Neskatoties uz to, pastāv bažas, ka AMP var uzbrukt saimnieka šūnām. Tāpat kā daudzu citu antibiotiku alternatīvu gadījumā peptīdu nosūtīšana pareizajā vietā pietiekami augstā koncentrācijā, lai saglabātu efektivitāti, var būt izaicinājums. Īstermiņā vietējā mēroga piemērošana ir lielāka iespējamība, sacīja de la Fuente. Šos peptīdus var iekļaut, piemēram, krēmā, ko var uzklāt uz atvērtas brūces vai infekcijas vietas uz ādas. Tos varētu izmantot arī galdu, datoru, ķirurģisku instrumentu vai katetru pārklāšanai, lai dīgļi tos nesāktu kolonizēt.
Atkārtota sensibilizācija
Vēl viens veids, kā novājināt baktērijas, ir atbrīvoties no viņu izturības pret antibiotikām. Šādām misijām varētu izmantot vīrusus, kuru specializācija ir baktēriju, bakteriofāgu, ēšana.
Bakteriofāgi ir ārkārtīgi efektīvi baktēriju iznīcinātāji, taču, izmantojot gēnu inženieriju, zinātnieki varēja viņiem dot jaunas iespējas, tostarp atjaunot baktēriju jutīgumu pret tradicionālajām zālēm.
Pārprogrammēti bakteriofāgi var kļūt apsēsti ar baktērijām, kuras nes gēnus, kas nodrošina rezistenci pret antibiotikām, noņem šo spēju vai iznīcina baktērijas. Kad rezistentie mikrobi tiek iznīcināti vai padarīti nekaitīgi, atlikušie iedzīvotāji būs neaizsargāti pret antibiotikām.
Vēl viena metode, kas ļauj baktērijām pretoties antibiotikām, ir sekrētu savienojumu izdalīšana, kas rada bioplēvi, caur kuru zāles nevar iekļūt. Ir iespējams izveidot bakteriofāgus, kas apēdīs bioplēvi.
Dabā bakteriofāgi var tieši iznīcināt baktērijas. Daži no viņiem iesprauž savu DNS baktērijās un, lai atbrīvotos, viņi vienkārši ēd caur šūnas sienu, uzspridzinot šūnu, saka Lu. Citi darbojas kā parazīti.
Bakteriofāgi tika atklāti apmēram pirms simts gadiem. Antibiotikas tos ir aizstājušas Amerikas Savienotajās Valstīs, taču tās turpina lietot Krievijā un dažās Austrumeiropas valstīs. Pieaugot pret antibiotikām izturīgām baktērijām, zinātnieki atkal pievēršas bakteriofāgiem - tie ir tikpat efektīvi cilvēku ārstēšanā, tikai klīniskie pētījumi to vēl nav apstiprinājuši.
Viena no šo vīrusu priekšrocībām ir tā, ka viņi paši var replicēties. Jūs varat ievietot tikai nelielu daudzumu un nogalināt daudzas baktērijas. Un tā kā reproducēšanai viņiem ir vajadzīgas dzīvas šūnas, viņi pārtrauks reproducēšanu, tiklīdz visas saimnieka šūnas tiks iznīcinātas.
Tomēr, tāpat kā citas alternatīvas, bakteriofāgi var izraisīt imūnsistēmas reakciju. “Ja cilvēka ķermenī ievadīsit vīrusu vai svešu peptīdu, vienmēr pastāv iespēja, ka notiks reakcija,” saka Lu. Citas bažas rada tas, ka daži fāgi var uzņemt gēnus, kas saistīti ar rezistenci pret antibiotikām, un nodot tos citām baktērijām.
Bet maz ticams, ka tie sabojās cilvēka audus. Bakteriofāgi cilvēka šūnās nevairās. Mūsos ir bariņš bakteriofāgu - ir grūti pateikt, ka tie mums ir sveši.
Personīgais kontakts
Varētu pielāgot vairākas alternatīvas procedūras, lai mērķētu uz konkrētiem mikrobiem. Arī šeit bakteriofāgi ir ideāli kandidāti. "Viņi būtībā ir baktēriju dabiskais ienaidnieks," saka Lu. Parasti "ja jūs atrodat baktērijas, jūs atradīsit arī bakteriofāgus".
Tradicionālās antibiotikas bieži nogalina baktērijas bez izšķirības - ieskaitot mūsu ķermeņa dabisko mikrobiomu, kam ir liela nozīme mūsu veselībā. Visu nogalina paklāju bombardēšana.
Vīrusi piedāvā personalizētāku pieeju. "Jūs varat mēģināt saglabāt labās baktērijas, vienlaikus nogalinot sliktās baktērijas," saka Lu.
Tomēr šī specifika ir arī abpusēji griezīgs zobens. Lai aptvertu pietiekamu skaitu dažādu baktēriju, kas var inficēt pacientu, kokteilī būs jāsamaisa daudzi vīrusi. Kaut arī bakteriofāgu audzēšana nav ļoti dārga, pavisam cits jautājums ir dažādu vīrusu kokteiļi.
Lou strādā pie bakteriofāgu kokteiļiem, kas būvēti uz drošiem mežiem. Nosakot laukumu, kurā bakteriofāgi būtu jāinficē, jūs varat uzbrukt dažādām baktērijām, virzīt bakteriofāgus dažādos virzienos. Atliek tikai izdomāt, kā to izdarīt.
Lai kā arī būtu, ir grūti izveidot efektīvu medikamentu, nezinot, kas izraisa infekciju. Ja jūs vērsīsities pie ārsta, viņš nevarēs sniegt jums šaura spektra ārstēšanu, ja viņš nezina, kādas baktērijas jums traucē.
Ārstiem ir vajadzīgas ātrākas diagnostikas metodes, lai viņi varētu noskaidrot mērķa baktēriju veidu un izturību pret tradicionālajām antibiotikām. Lu un viņa kolēģi strādā, lai izveidotu ātru un lētu diagnostiku. Inficējot mērķa baktērijas, viņi to iededz ar to pašu olbaltumvielu, ko izmanto ugunsdzēsības. Vienkārši dodiet pacientam bakteriofāga paraugu un “jūs varat pateikt, vai paraugs kvēlo vai nē, baktērijas ir vai nav”, saka Lu.
Plašs arsenāls
Tie nav visi ieroči, ko pievienojam savam arsenālam. Zinātnieki pēta citas iespējas, piemēram, citu baktēriju nosūtīšanu cīņai pret patogēniem, jaunu antibiotiku atrašanu un antivielu izmantošanu un daudz ko citu.
“Diez vai varat paļauties uz vienu metodi vai vienu tehnoloģiju, lai izskaustu visu problēmu,” saka Džans. Studējot superbugs no dažādiem rakursiem, apvienojot jauno taktiku un tradicionālās ārstēšanas metodes, mēs paplašināsim mūsu arsenālu.
Būs vajadzīgi vairāki gadi, pirms jaunus instrumentus apstiprinās plaši izmantojamai. Un kādu laiku alternatīvas pretmikrobu metodes tiks izmantotas tikai tad, kad antibiotikas vairs nedarbosies. Antibiotiku lētums un efektivitāte ir galvenais iemesls, kāpēc no tām ir grūti atteikties. Bet ilgtermiņā šī būs vienīgā iespēja.
ILYA KHEL