Pacijenti u teškim zdravstvenim stanjima često doživljavaju da lekari isprobavaju različite antibiotike kako bi pronašli onaj koji će im pomoći. Takođe postoje poteškoće u identifikaciji mikroba koji uzrokuje bolest.
Naučnici se trude da bolje razumeju kako bakterije izbegavaju lekove, da razviju nove antibiotike i da dijagnostikuju infekcije i otpornost mikroba na efikasniji i dostupniji način, piše časopis “Nature”.
Projekat nazvan Pobediti otpornost na antibiotike kroz transformativna rešenja (DARTS) pokrenut je 2023. godine kao jedna od prvih velikih inicijativa američke Agencije za napredna istraživanja u zdravstvu (ARPA-H).
Penicilin je otkriven pre skoro sto godina, a nakon njega je usledila serija antibiotika dobijenih iz mikroba u tlu, posebno iz bakterija iz roda Actinomyces. Ti lekovi su neko vreme pomagali ljudima da se bore protiv bakterijskih infekcija.
Međutim, taj izvor je ubrzo počeo da presušuje – otkrivano je sve manje novih jedinjenja. Istovremeno, bakterije su postajale otporne na postojeće lekove.
Danas većina novih antibiotika predstavlja samo varijante poznatih klasa i mogu se koristiti samo nekoliko godina pre nego što se razvije otpornost, što ograničava efikasnost lekova i donosi finansijske gubitke farmaceutskim kompanijama koje ih razvijaju.
Hemijski biolog Hungdže Suen sa Univerziteta u Hong Kongu kaže da u njegovom delu sveta “očekuju da bi sledeća pandemija mogla biti kriza otpornosti na antibiotike”.
Zaista, globalna kriza je već u toku. Oko 1,27 miliona smrtnih slučajeva širom sveta 2019. godine može se pripisati infekcijama otpornim na lekove, što ih čini jednim od vodećih uzroka smrtnosti. Stručnjaci procenjuju da bi, do 2050. godine, takve infekcije mogle ubijati čak 10 miliona ljudi svake godine.
Neki naučnici se fokusiraju na proizvodnju novih antibiotika ili ubrzavanje razvoja pomoćnih molekula kako bi antibiotici bili efikasniji, koristeći veštačku inteligenciju (AI) i druge strategije. Drugi rade na usporavanju razvoja i širenja otpornosti mikroba.
Istraživači su optimistični da bi višestrani pristup mogao pomoći u preokretanju situacije. Možda ulazimo u doba kada ćemo moći da pronađemo nove antibiotike brže nego što se razvija otpornost.
Prirodni proizvodi
Mikrobi još uvek sadrže mnoge prirodne antimikrobne agense koje naučnici nisu iskoristili. Na primer, istraživači koji proučavaju bakterije roda Actinomyces tragali su za antibioticima širokog spektra, možda propustivši molekule sa užim delovanjem.
Lajmska bolest, na primer, obično se leči antibioticima širokog spektra koji oštećuju zdrav mikrobiom i pospešuju razvoj otpornosti. Istraživači su, tragajući za agensima koji ciljaju isključivo bakteriju Borreliella burgdorferi, koja uzrokuje lajmsku bolest, ponovo otkrili lek zvan higromicin A (totomicin).
Taj lek deluje na ribozome, koji su mašine za proizvodnju proteina u ćelijama. Međutim, nije bio naročito efikasan jer većina mikroba ne prihvata taj lek. Ipak, bakterija B. burgdorferi ima površinski protein koji omogućava ulaz higromicinu A. Rane probe su u toku.
Mikrobiolozi su takođe ranije tragali za antibioticima koje proizvodi mali broj bakterija koje se mogu lako uzgajati u laboratoriji, pa je verovatno da mnogi agensi nisu otkriveni.
Koristeći novi metod uzgoja mikroba, otkriven je antibiotik teiksobaktin. Ovaj lek se veže za prekursore bakterijskog ćelijskog zida i sprečava njegovo sastavljanje. Finalni testovi na životinjama su u toku.
Pored toga, istraživači su razvili mikrofluidni sistem sa milionima mikrokanala koji sadrže bakterije, na uređaju od 2,5 kvadratna centimetra. Putem moćne automatske mikroskopije, mogu posmatrati kako se pojedinačni patogeni mikrobi razvijaju i dele, te ih postaviti uz bakterije koje bi mogle proizvoditi antibiotike koji ih uništavaju.
Ova tehnologija mogla bi znatno skratiti vreme potrebno da se identifikuju antibiotici za dalji razvoj.
Potencijal veštačke inteligencije
Neki naučnici prepuštaju antimikrobni skrining veštačkoj inteligenciji.
Mnogi proteini životinjskog porekla imaju antimikrobnu aktivnost. Veštačka inteligencija identifikuje kratke proteine, ili peptide, kod modernih i izumrlih ljudi, kao i drugih izumrlih životinja, uključujući vunastog mamuta i džinovskog jelena.
Naučnici spekulišu da bi moglo biti potrebno više vremena za razvoj otpornosti na antimikrobne peptide iz izumrlih organizama jer je evolucioni pritisak nestao.
Međutim, moglo bi biti teško pretvoriti peptide u prikladne lekove zbog njihove velike molekulske mase. Zbog toga AI treba da pronađe male molekule sa antimikrobnim potencijalom.
Istraživači koriste podatke iz eksperimenata u stvarnom životu sa antibioticima i mikrobima radi obučavanja svojih algoritama da predvide koji molekuli, od desetina miliona poznatih hemikalija, mogu da ubiju bakterije. AI još uvek nije savršena, ali je dovoljno dobra da suzi izbor na samo stotine jedinjenja, koja naučnici mogu da testiraju u laboratoriji.
Ovaj pristup doveo je do otkrića halicina, prvobitno razmatranog kao tretman za dijabetes. Halicin utiče na kretanje protona širom mikrobnih membrana koje proizvode energiju.
Miševi zaraženi bakterijom Acinetobacter baumannii, patogenom koji može inficirati pluća, rane, krv i urinarni trakt, uspešno su lečeni u laboratoriji. AI je takođe otkrila jedinjenje abaucin, koje specifično deluje na A. baumannii.
Istraživači sada prelaze sa prediktivne AI, koja razmatra postojeće molekule, na generativnu AI, koja može stvoriti nove, potencijalno korisne supstance. Već su započeli sintezu i testiranje nekih. Pomoću AI, mogle bi se stvoriti klase antibiotika koje će povećati vreme potrebno za razvoj rezistencije na mnogo više od pet godina.
Kombinovane terapije
Još jedna opcija je kombinovani pristup – napadanje mikroba sa više lekova odjednom. Ova tehnika već se koristi za obuzdavanje bakterije koja uzrokuje tuberkulozu.
Međutim, postoji još mnogo potencijala za pronalaženje novih kombinacija. Dva leka bi mogla delovati udruženo i njihova sinergija bi čak mogla blokirati razvoj otpornosti na bilo koji od njih.
Kombinovani koktel takođe može uključivati molekule koji sami ne ubijaju mikrobe, ali pomažu antibioticima da budu efikasniji. Jedan od najperspektivnijih načina je ometanje sposobnosti bakterija da komuniciraju ili da se grupišu.
Mikrobi udružuju snage kako bi stvorili lepljive biofilmove koji ih čine težim za ubijanje. Iako ometanje tog procesa možda neće potpuno eliminisati mikrobe, može omogućiti antibioticima ili čak imunskim ćelijama da dođu do mikroba i unište ih.
Otkriveno je da kempferol, jedinjenje prisutno u jagodama, može blokirati biofilmove A. baumannii i učiniti mikrobe osetljivim na inače nesmrtonosne doze antibiotika kolistina.
Imunska asistencija
Novi antibiotici i pomoćne molekule mogu ubrzati trku sa medicinske strane, ali istraživači takođe traže načine da uspore širenje otpornosti među mikrobima. Jedna od mogućnosti je unapređenje kliničkog tretmana infekcija, tako da se upotreba antibiotika smanji.
Imuni sistem se u većini slučajeva sam bori protiv patogena. Bolest nastaje kada odgovor tela, poput inflamacije, pođe naopako. To sugeriše da bi lekari
mogli da “rekalibriraju” imuni odgovor i povrate sposobnost tela da se nosi sa mikrobima. Sličan koncept se koristi u prepisivanju steroida za kontrolu inflamacije kod COVID-19.
Otkriveno je, na primer, da pacijenti koji razviju upalu pluća nakon što su bili na respiratoru često imaju smanjenu sposobnost belih krvnih zrnaca da fagocituju mikrobe. Istraživači testiraju da li prirodni imunomodulator GM-CSF može da ojača te fagocitne ćelije. Kod nekih pacijenata to može biti uspešno.
Ako takvi tretmani dovedu do manje upotrebe antibiotika, to bi takođe moglo smanjiti pritisak na mikrobe da razvijaju otpornost.
Efikasna dijagnostika
Brza i tačna dijagnoza uzroka infekcije i identifikacija odgovarajućeg antibiotika može takođe smanjiti upotrebu antibiotika i usporiti razvoj otpornosti.
Zapravo, retko se dešava da se naiđe na organizme koji uopšte ne mogu biti tretirani. Međutim, kada su pacijenti ozbiljno bolesni i lekari nemaju vremena da čekaju rezultate testova, često se prepisuju antibiotici širokog spektra ili se isprobava više različitih lekova. Upotreba lekova koji nisu efikasni može ubrzati razvoj otpornosti.
Koristeći mikrofluidiku i mikroskopiju, DARTS je fokusiran na to kako pojedinačni mikrobi izgledaju i kako reaguju na tretman. Cilj je da se od uzorka krvi do dijagnoze i profila otpornosti dođe za manje od sat vremena. Istraživači veruju da to može biti urađeno za manje od deset minuta.
Slična tehnologija, razvijena u Švedskoj, dobila je u junu nagradu od 10 miliona dolara za demonstraciju da može u roku od oko 45 minuta otkriti da li je urinarna infekcija bakterijska ili virusna, i ako je bakterijska – koji antibiotik će najverovatnije biti efikasan.
Dijagnostika i imunomodulatori imaju potencijal da zaštite zdravlje ljudi dok naučnici uče da razvijaju nove antibiotike. Drugi pristupi, kao što su vakcine i tretmani na bazi faga – virusa koji napadaju mikrobe – takođe su u procesu razvoja.
“Moraćemo da koristimo više od jednog pristupa. Potrebno nam je više od deset, više od sto različitih pristupa”, kaže mikrobiolog sa Univerziteta u Teksasu u Ostinu, prenosi “Telegraf“.
