Ravimid, mis on meid kaitsnud üldlevinud bakterite eest rohkem kui seitsekümmend aastat, kaotavad aeglaselt oma haarde ja nakkuste vastu võitlemiseks vajame uut relva. Haigusi põhjustavad bakterid muutuvad immuunseks nende antibiootikumide suhtes, mis neid kunagi tapsid, isegi ravimite suhtes, mida kunagi peeti viimaseks kaitseliiniks.
Antibiootikumiresistentsed (antibiootikumiresistentsed) bakterid tapavad umbes ühe protsendi inimestest, keda nad nakatavad, isegi arenenud riikides. Ja kui seda eirata, tapavad nad igal aastal viis korda rohkem inimesi.
"Paljud asjad, mida me praegu iseenesestmõistetavaks peame, nagu näiteks keisrilõige või puusaliigese asendamine või elundite siirdamine ilma antibiootikumideta, muutuvad väga keeruliseks," ütleb François Franceschi, riikliku allergiainstituudi bakterioloogia ja mükoloogia osakonna terapeutilise arengu programmijuht nakkushaigused.
Nõrgenenud immuunsussüsteemiga inimesed on eriti haavatavad, kuid antibiootikumijärgses maailmas on kõik ilma eranditeta ohus.
"Inimesed ütlevad, et antibiootikumijärgsel ajastul ei saa antibiootikumid meid enam isegi väikseima kriimustusega aidata," ütleb Massachusettsi tehnoloogiainstituudi bioinsener Cesar de la Fuente.
Resistentsete bakterite vastu võitlemiseks pöördume uute liitlaste, näiteks viiruste poole, mis ründavad ainult baktereid; erinevate organismide immuunsussüsteemide toodetud nanoosakesed ja pisikesed valgud. Igal tööriistal on oma eelised ja puudused, mistõttu uurivad teadlased mitmesuguseid lähenemisviise.
„Paljud selle valdkonna inimesed otsivad praegu meie arsenali lisamiseks alternatiivseid strateegiaid,” ütleb Timothy Lu, samuti MIT-ist. "Asi ei ole selles, et igaüks neist üritaks leiutada oma hõbepilu, mis päästaks meid elu lõpuni bakteritest, vaid pigem uurib probleemi erinevate nurkade alt."
Reklaamvideo:
Siin on mõned viisid, kuidas aidata meil toime tulla soovimatute bakteritega.
Desarmeerige sissetungijad
Bakterid ei pea neutraliseerimiseks alati surmama. Mõned ravimeetodid on mikroobe suunatud kaudselt, jättes neilt relvad ära. Bakterid asuvad paigas, kuid nakatumise tagajärjed ei ole tõsised ja immuunsüsteemil on võimalus iseseisvalt nakkusega võidelda.
Kui teie ravim ei tapa baktereid, on neil vähem stiimul selle vastu resistentsuse loomiseks. Resistentsuse väljakujunemine võtab kauem aega, kuna bakterid ei võitle ravimiga aktiivselt, väidab Franceschi.
Paljud bakterid eraldavad toksiine, mis kahjustavad peremeesrakke. Üks levinumaid toksiiniliike nimetatakse pooride moodustamiseks, mis augustab augud rakkudes. Seda eraldavad metitsilliiniresistentsed Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria bakterid, siberi katku bakterid ja maod, maod, skorpionid ja mereanemoonid.
Liangfang Zhang mõtles välja, kuidas neid toksiine kõrvaldada. "Te võtate relvad ära ja need muutuvad palju nõrgemaks," ütleb San Diegos California ülikooli nanoinsener Zhang. See katab nanoosakesed magusa sihtmärgiga - punastest verelibledest koosnevad membraanid. Punane verelible toimib peibutisena, imedes toksiini, mis muidu ründaks terveid rakke. "See on nagu käsn, mis imeb välja toksiine," selgitab Zhang.
Oma esimeses uuringus näitas ta, et nanokäsnad imasid toksiine hiirt kahjustamata. Zhangi tänavune töö nanoosakestega peibutusmaterjalidena oli üks 24-st projektist, mida rahastati riiklikelt tervishoiuinstituutidelt. Ta loodab alustada kliinilisi uuringuid inimestega juba järgmisel aastal.
Nanoosakesed, mis on sageli valmistatud plastist või metallidest nagu hõbe, võivad ka baktereid nõrgestada, hävitades nende kaitsvad rakumembraanid või põhjustades DNA kahjustusi. Nanoosakestega on lihtne töötada, kuna need ehitavad ise. "Teie juhite temperatuuri, lahustit ja kõike muud. Need molekulid koonduvad ise nanoosakesteks," räägib Zhang.
Nanoosakesed võivad olla kallimad kui traditsioonilised antibiootikumid. Ja nende õigesse kohta jõudmine kehas võib olla ka väljakutse. Veel üks väljakutse on veenduda, et nanoosakesed on valmistatud materjalidest, mis ei tekita kohest immuunvastust, ja lagunevad aja jooksul, nii et need ei kogune kehas.
Lou väidab, et mõne sellise asja pikaajalise ohutuse osas on endiselt küsimusi.
Erisaadetis
Olemasolevate antibiootikumide efektiivsemaks muutmiseks võib rakendada alternatiivseid ravimeetodeid. Näiteks uurivad teadlased nüüd, kuidas saaks nanoosakesi kasutada vähivastaste ravimite ja antibiootikumide tarnimiseks.
Antibiootikumid levivad kogu kehas ja on suurtes annustes toksilised. Nanoosakeste abil saaks vabastada kontsentreeritud annuseid ravimeid. Ühe nanoosakese sisse võiks lasta tuhandeid ravimimolekule.
"Neid saab lihtsalt kinnitada membraanile ja vabastada ravimid järk-järgult otse bakteritele," ütleb Zhang. Järelikult saaks tõhusama koormuse täpsemini suunata, ilma et suurendaks ravimi koguannust. Sel moel oleks võimalik bakteriresistentsuse mehhanism alla suruda - neil lihtsalt ei tekiks resistentsust punkti toimega antibiootikumide vastu.
Nanoosakeste, nagu paljude teiste tööriistade, probleem on selles, et immuunsüsteem näeb neid ohuna. “Nad on oma suuruses väga sarnased viirustega. Meie keha õpib end kaitsma nende nanoosakeste või viiruste eest, kui te neid ei kaitse."
Zhang ja tema kolleegid on trombotsüütide membraanidest valmistatud jakkides maskeerinud nanoosakesed - verehüübimist soodustavad rakud. Küljelt on nanoosakesed sarnased nende miniatuursete vererakkudega. Mõningaid baktereid meelitavad trombotsüüdid - nende abiga varjatakse neid immuunsussüsteemist. Trombotsüütidega kaetud nanoosakesed võivad mängida kaks korda, värbates sissetungijaid plahvatama neid ravimiga.
Kõik nanoosakesed vabastavad ravimid bakterite juuresolekul, väidab Zhang. Vereliistakutega kaetud osakeste abil on ta juba ravinud MRSA multi-antibiootikumiresistentse tüvega nakatunud hiiri.
Otsene rünnak
Mõnikord ei aita aga poolmeetmed. Traditsioonilistele antibiootikumidele on alternatiive, mis võivad baktereid tappa. Üks strateegia on antimikroobsete peptiidide (AMP) kunstlike versioonide loomine, mis on osa mikroobide, taimede ja loomade kaasasündinud immuunvastusest (näiteks Tasmaania kuradid). Need komponendid ründavad patogeeni membraani ja hävitavad rakus.
Hiljutise projekti raames tegi de la Fuente Lou ja teistega koostööd, et valida mittetoksiline AMP, mida leidub lihtsates mereloomades, mida nimetatakse mantelloomadeks. Teadlased lisasid aluselisele sättele mitu aminohapet, parandades selle võimet ravida hiirtel, kes olid nakatunud E. coli antibiootikumiresistentsete tüvede või MRSA-ga. Kangendatud AMP tugevdab ka näriliste immuunsussüsteemi, vähendab põletikku ja nõuab valgete vereliblede kujul abi.
Antimikroobsed peptiidid võivad lüüa mitmesuguseid patogeene ja bakteritel on raske nende suhtes resistentsust arendada. "Võrreldes tavaliste antibiootikumidega on need peptiidid paljudel juhtudel efektiivsemad," ütleb de la Fuente.
AMP-d koosnevad suhteliselt lühikestest aminohapete ahelatest, mis on valgu ehitusplokid. Seetõttu on neid üsna lihtne (ehkki kallis) ehitada. "Me ei pea veel kulusid vähendama," ütleb de la Fuente. Teadlased uurivad võimalusi, kuidas muuta mikroobide programmeerimisega AMP-sid odavamaks, et nad ei usaldaks masinat ja laseksid mikroobidel seda ise teha.
Sellegipoolest on mures, et AMP võib rünnata peremehe rakke. Ja nagu paljude antibiootikumide alternatiivide puhul, võib väljakutseks osutuda peptiidide õigesse kohta saatmine piisavalt kõrge kontsentratsiooniga, et need oleksid tõhusad. Lühiajaliselt on kohalik kohaldamine tõenäolisem, ütles de la Fuente. Neid peptiide võib lisada näiteks kreemi, mida võib kanda avatud haavale või nahainfektsiooni kohale. Neid saaks kasutada ka laudade, arvutite, kirurgiliste instrumentide või kateetrite katmiseks, et mikroobid neid ei koloniseeriks.
Ülitundlikkus
Teine viis bakterite nõrgestamiseks on vabastada nad resistentsusest, mille nad on välja töötanud antibiootikumide suhtes. Selliste missioonide jaoks võiks kasutada viirusi, mis on spetsialiseerunud bakterite, bakteriofaagide söömisele.
Bakteriofaagid on äärmiselt tõhusad bakterite tapjad, kuid geenitehnoloogia abil võisid teadlased anda neile uusi võimeid, sealhulgas taastada bakterite tundlikkuse traditsiooniliste ravimite suhtes.
Uuesti programmeeritud bakteriofaagid võivad kinnisideeks muutuda bakteriteks, mis kannavad geene, mis annavad antibiootikumiresistentsuse, eemaldavad selle võime või tapavad baktereid. Kui resistentsed mikroobid hävitatakse või kahjutuks tehakse, on ülejäänud populatsioon antibiootikumide suhtes haavatav.
Veel üks meetod, mis võimaldab bakteritel antibiootikumidele vastu seista, on selliste ühendite sekreteerimine, mis loovad biokile, mille kaudu ravim ei saa tungida. Võimalik on luua bakteriofaagid, mis söövad biokile ära.
Looduses võivad bakteriofaagid otseselt baktereid tappa. Mõned neist ühendavad oma DNA bakteritega ja end vabastamiseks söövad nad lihtsalt läbi rakuseina, puhudes raku üles, väidab Lu. Teised käituvad parasiitidena.
Bakteriofaagid avastati umbes sada aastat tagasi. Antibiootikumid on need asendanud Ameerika Ühendriikides, kuid neid kasutatakse jätkuvalt Venemaal ja mõnes Ida-Euroopa riigis. Antibiootikumiresistentsete bakterite kasvades pöörduvad teadlased taas bakteriofaagide poole - need on inimeste ravimisel sama tõhusad, lihtsalt kliinilised uuringud pole seda veel kinnitanud.
Nende viiruste üks eeliseid on see, et nad saavad ise paljuneda. Võite panna ainult väikese koguse ja tappa palju baktereid. Ja kuna nad vajavad paljunemiseks elavaid rakke, peatavad nad paljunemise niipea, kui kõik peremeesrakud on hävinud.
Nagu ka teised alternatiivid, võivad bakteriofaagid käivitada immuunsussüsteemi reaktsiooni. "Kui süstite inimkehasse mõnda viirust või võõrast peptiidi, on alati võimalus, et sellele järgneb reaktsioon," ütleb Lu. Veel üks mure on see, et mõned faagid võivad korjata antibiootikumiresistentsusega seotud geene ja neid teistele bakteritele edasi anda.
Kuid tõenäoliselt nad inimkude ei kahjusta. Bakteriofaagid ei paljune inimese rakkudes. Meie sees on hunnik bakteriofaage - on raske öelda, et nad on meile võõrad.
Isiklik kontakt
Mitmeid alternatiivseid ravimeetodeid võiks kohandada spetsiifiliste pisikutele sihtrühmaks. Taas on bakteriofaagid ideaalsed kandidaadid. "Nad on põhiliselt bakterite loomulik vaenlane," ütleb Lu. Tavaliselt "kui leiate baktereid, leiate ka bakteriofaage".
Traditsioonilised antibiootikumid tapavad baktereid sageli valimatult - sealhulgas ka meie keha looduslikus mikrobiomas, millel on oluline roll meie tervises. Kõike tapab vaipade pommitamine.
Viirused pakuvad isikupärasemat lähenemist. "Võite proovida häid baktereid hoida, samal ajal kui need halvad bakterid tapavad," ütleb Lu.
See eripära on aga ka kahe teraga mõõk. Piisava arvu erinevate bakterite katmiseks, mis võivad patsienti nakatada, tuleb kokteilis segada palju viirusi. Ehkki bakteriofaagide kasvatamine pole eriti kallis, on täiesti erinev teema mitmesuguste viiruste kokteilid.
Lou töötab ohututele metsadele ehitatud bakteriofaagide kokteilide kallal. Määrates piirkonna, mida bakteriofaagid peaksid nakatama, saate rünnata erinevaid baktereid, suunata bakteriofaage eri suundades. Jääb ainult välja mõelda, kuidas seda teha.
Olgu kuidas on, on keeruline tõhusat ravimit luua, teadmata, mis nakkust põhjustab. Kui lähete arsti juurde, ei saa ta teile pakkuda kitsaspektrilist ravi, kui ta ei tea, millised bakterid teid häirivad.
Arstid vajavad kiiremaid diagnostilisi meetodeid, et nad saaksid välja selgitada sihtbakterite tüübi ja selle, kui vastupidavad nad on traditsiooniliste antibiootikumide suhtes. Lu ja ta kolleegid töötavad kiire ja odava diagnostika loomise nimel. Kui nad nakatavad oma sihtbaktereid, süttivad nad seda sama valguga, mida kasutavad jaanimardikad. Andke patsiendile lihtsalt bakteriofaagi proov ja "võite öelda, kas proov hõõgub või mitte, kas selles on baktereid või mitte," ütleb Lu.
Lai arsenal
Need pole kõik relvad, mida oma arsenali lisame. Teadlased uurivad muid võimalusi, näiteks saata teisi baktereid haigustekitajate vastu võitlemiseks, leida uusi antibiootikume ja kasutada antikehi ja palju muud.
"Vaevalt saab kogu probleemi juurdumiseks tugineda ühele meetodile või ühele tehnoloogiale," ütleb Zhang. Erinevate nurkade alt superbugide õppimine, uute taktikate ja traditsiooniliste ravimeetodite ühendamine laiendab meie arsenali.
Uute instrumentide laialdaseks kasutamiseks heakskiitmine võtab mitu aastat. Ja mõnda aega kasutatakse alternatiivseid antimikroobseid meetodeid ainult siis, kui antibiootikumid enam ei toimi. Antibiootikumide odavus ja tõhusus on peamine põhjus, miks neist on keeruline keelduda. Kuid pikas perspektiivis on see ainus võimalus.
ILYA KHEL
