Лекарствата, които ни защитават от повсеместните бактерии повече от седемдесет години, бавно губят сцеплението си и се нуждаем от ново оръжие за борба с инфекциите. Бактериите, причиняващи заболяване, стават имунизирани срещу антибиотиците, които някога са ги убивали, дори срещу лекарства, които някога са били считани за последната линия на защита.
Резистентните на антибиотици (резистентни на антибиотици) бактерии убиват около един процент от хората, които заразяват, дори в развитите страни. И ако това се игнорира, те ще убиват пет пъти повече хора всяка година.
„Много неща, които приемаме за даденост в момента, като цезарово сечение, или подмяна на тазобедрената става, или трансплантация на органи, без антибиотици, ще станат много трудни“, казва Франсоа Франчески, ръководител на програмата за терапевтично развитие в отдела за бактериология и микология на Националния институт по алергия и инфекциозни заболявания.
Хората с отслабена имунна система са особено уязвими, но в света след антибиотици всички без изключение ще бъдат изложени на риск.
„Хората казват, че в ерата след антибиотиците антибиотиците вече няма да могат да ни помогнат дори за най-малката драскотина“, казва Сезар де ла Фуенте, биоинженер в Масачузетския технологичен институт.
За да се борим с устойчивите бактерии, се обръщаме към нови съюзници, като вируси, които атакуват само бактериите; наночастици и мънички протеини, произведени от имунната система на различни организми. Всеки инструмент има своите предимства и недостатъци, поради което учените изучават разнообразни подходи.
„Много хора в областта търсят алтернативни стратегии, които да добавят към нашия арсенал“, казва Тимоти Лу, също от MIT. „Не че всеки от тях се опитва да измисли свой собствен сребърен куршум, който ще ни спаси от бактериите до края на живота ни, а по-скоро изучава проблема от различни ъгли“.
Промоционално видео:
Ето няколко начина, по които можем да ни помогнем да се справим с нежеланите бактерии.
Разоръжете нашествениците
Бактериите не винаги трябва да бъдат убивани, за да се неутрализират. Някои лечения са насочени към микробите косвено, като ги лишават от оръжията си. Бактериите ще са на мястото си, но последиците от инфекцията няма да са сериозни и имунната система ще има шанс да се бори с инфекцията сама.
Ако вашето лекарство всъщност не убива бактериите, те ще имат по-малко стимули за изграждане на устойчивост към него. Ще отнеме повече време, докато се развие резистентност, тъй като бактериите няма да се борят активно с лекарството, казва Франческа.
Много бактерии отделят токсини, които увреждат клетките на гостоприемника. Един от най-често срещаните видове токсини се нарича порообразуващи, които пробиват дупки в клетките. Той се изолира от устойчив на метицилин стафилокок ауреус, ешерихия коли, листерия, антракс бактерии и отрова от змии, скорпиони и морски анемони.
Лянфанг Джан измисли как да премахне тези токсини. „Вие отнемате оръжията и те стават много по-слаби“, казва Джан, наноинженер в Калифорнийския университет в Сан Диего. Покрива наночастиците със сладка мишена - мембрани, изградени от червени кръвни клетки. Червените кръвни клетки действат като примамка, всмуквайки токсин, който иначе би атакувал здравите клетки. „Това е като гъба, изсмукваща токсините“, обяснява Джан.
В първото си изследване той показа, че нано-гъбите абсорбират токсините, без да навредят на мишките. Работата на Джан с наночастици като примамки тази година беше един от 24 проекта за получаване на финансиране от Националните здравни институти. Той се надява да започне клинични изпитвания върху хора още през следващата година.
Наночастиците, които често са направени от пластмаса или метали като сребро, също могат да отслабят бактериите, като унищожават защитните им клетъчни мембрани или причиняват увреждане на ДНК. Наночастиците са лесни за работа, защото те сами се изграждат. „Вие контролирате температурата, разтворителя и всичко останало и тези молекули се събират в наночастица“, казва Джанг.
Наночастиците могат да бъдат по-скъпи от традиционните антибиотици. И стигането им до правилното място в тялото също може да бъде предизвикателство. Друго предизвикателство е да се уверите, че наночастиците са направени от материали, които няма да предизвикат незабавен имунен отговор и ще се разрушат с течение на времето, за да не се натрупат в тялото.
Остават въпросите относно дългосрочната безопасност на някои от тези неща, казва Лу.
Специална доставка
Могат да се приложат алтернативни лечения, за да се направят съществуващите антибиотици по-ефективни. Например, учените сега изучават как наночастиците могат да бъдат използвани за доставяне на лекарства и антибиотици против рак.
Антибиотиците се разпределят по цялото тяло и са токсични във високи дози. С помощта на наночастици могат да се отделят концентрирани дози лекарства. Хиляди лекарствени молекули могат да бъдат преместени вътре в една наночастица.
„Те могат лесно да се прикрепят към мембраната и постепенно отделят лекарствата директно върху бактериите“, казва Джан. Следователно, по-точното натоварване би могло да бъде по-точно насочено без увеличаване на общата доза на лекарството. По този начин механизмът на бактериална резистентност би могъл да бъде потиснат - те просто няма да развият резистентност срещу точкови антибиотици.
Проблемът с наночастиците, както и много други инструменти, е, че имунната система ги разглежда като заплаха. „Те са много сходни по размер с вирусите. Нашето тяло ще се научи да се защитава от тези наночастици или вируси, ако не ги защитите."
Джан и неговите колеги имат замаскирани наночастици в якета, направени от тромбоцитни мембрани, клетките, които подпомагат кръвния съсирек. Отстрани наночастиците са подобни на тези миниатюрни кръвни клетки. Някои бактерии се привличат от тромбоцитите - с тяхна помощ се маскират от имунната система. Наночастиците, покрити с тромбоцити, могат да играят два пъти, вербувайки нашественици, за да ги детонират с наркотици.
Всички наночастици ще отделят лекарства в присъствието на бактерии, казва Джан. С помощта на частици, покрити с тромбоцити, той вече е излекувал мишки, заразени от резистентния на антибиотици щам на MRSA.
Директна атака
Понякога обаче половината мерки не помагат. Има алтернативи на традиционните антибиотици, които могат да убият бактериите. Една от стратегиите е да се създадат изкуствени версии на антимикробни пептиди (AMPs), които са част от вродения имунен отговор в микроби, растения и животни (като тасманийските дяволи). Тези компоненти атакуват мембраната на патогена и разрушават вътре в клетката.
Като част от скорошен проект, де ла Фуенте работи с Лу и други, за да избере нетоксичен AMP, открит в прости морски животни, наречени мансарди. Учените добавиха няколко основни аминокиселини, като подобриха способността му да лекува мишки, заразени с антибиотични резистентности на E. coli или MRSA. Подсиленият AMP също укрепва имунната система на гризача, намалява възпалението и призовава за помощ под формата на бели кръвни клетки.
Антимикробните пептиди могат да победят широк спектър от патогени и бактериите трудно се развиват резистентност към тях. „В сравнение с конвенционалните антибиотици, тези пептиди са по-ефективни в много случаи“, казва де ла Фуенте.
AMP са изградени от сравнително къси вериги от аминокиселини, градивни елементи на протеина. Следователно те са доста прости (макар и скъпи) за изграждане. "Все още не сме намалили разходите", казва де ла Фуенте. Учените изследват начини да направят AMP по-евтино чрез програмиране на микроби, така че да не разчитат на машина и да позволят на микробите да се справят сами.
Въпреки това, има опасения, че AMP може да атакува клетките на хоста. И както при много алтернативи на антибиотиците, изпращането на пептиди на правилното място при достатъчно висока концентрация, за да останат ефективни, може да бъде предизвикателство. В краткосрочен план местното приложение е по-вероятно, каза де ла Фуенте. Тези пептиди могат да бъдат включени например в крем, който може да се приложи върху отворена рана или върху мястото на инфекция върху кожата. Те биха могли да се използват и за покриване на маси, компютри, хирургически инструменти или катетри, за да се предпазят микробите от колонизирането им.
Re-сенсибилизация
Друг начин за отслабване на бактериите е да ги освободите от устойчивостта, която са разработили към антибиотиците. За такива мисии биха могли да се използват вируси, специализирани в храненето на бактерии, бактериофаги.
Бактериофагите са изключително ефективни убийци на бактерии, но чрез генното инженерство учените биха могли да им дадат нови способности, включително възстановяване на чувствителността на бактериите към традиционните лекарства.
Препрограмираните бактериофаги могат да преминат на цикли в бактерии, носещи гени, които придават антибиотична резистентност, премахват тази способност или убиват бактерии. Когато резистентните микроби бъдат унищожени или направени безобидни, останалата популация ще бъде уязвима на антибиотици.
Друг метод, който позволява на бактериите да се противопоставят на антибиотиците е чрез секретиране на съединения, които създават биофилм, през който лекарството не може да проникне. Възможно е да се създадат бактериофаги, които ще изядат биофилма.
В природата бактериофагите могат директно да убиват бактериите. Някои от тях включват ДНК в бактерии и за да се освободят, те просто се хранят през клетъчната стена, взривявайки клетката, казва Лу. Други действат като паразити.
Бактериофагите са открити преди около сто години. Антибиотиците са ги заместили в САЩ, но те продължават да се използват в Русия и в някои източноевропейски страни. Докато резистентните на антибиотици бактерии растат, учените отново се обръщат към бактериофагите - те са също толкова ефективни при лечението на хора, просто клиничните изпитвания все още не са потвърдили това.
Едно от предимствата на тези вируси е, че те могат да се репликират. Можете да поставите само малко количество и да убиете много бактерии. И тъй като те се нуждаят от живи клетки, за да се възпроизвеждат, те ще спрат да се размножават веднага щом всички клетки на гостоприемника са унищожени.
Въпреки това, подобно на други алтернативи, бактериофагите могат да предизвикат реакция на имунната система. "Ако инжектирате някакъв вирус или чужд пептид в човешкото тяло, винаги има вероятност да последва реакция", казва Лу. Друга тревога е, че някои фаги могат да вземат гени, свързани с антибиотична резистентност и да ги предадат на други бактерии.
Но е малко вероятно те да повредят човешката тъкан. Бактериофагите не се размножават в човешките клетки. Имаме вътре бактериофаги - трудно е да се каже, че те са ни чужди.
Личен контакт
Няколко алтернативни лечения могат да бъдат пригодени за насочване към специфични микроби. И тук отново бактериофагите са идеални кандидати. „Те по същество са естественият враг на бактериите“, казва Лу. Обикновено „ако откриете бактерии, вие също откривате бактериофаги“.
Традиционните антибиотици често убиват бактериите безразборно - включително в естествения микробиом на тялото ни, който играе важна роля за здравето ни. Бомбардирането с килими убива всичко.
Вирусите предлагат по-персонализиран подход. „Можете да опитате да запазите добрите бактерии и да убиете лошите“, казва Лу.
Тази специфика обаче е и меч с две остриета. За да покрият достатъчен брой различни бактерии, които могат да заразят пациент, в коктейла ще трябва да се смесват много вируси. Въпреки че бактериофагите не са много скъпи за отглеждане, коктейлите от различни вируси са съвсем друг въпрос.
Лу работи върху коктейли от бактериофаги, изградени върху безопасни гори. Определяйки зоната, която бактериофагите трябва да заразят, можете да атакувате различни бактерии, да насочите бактериофагите в различни посоки. Остава само да разберем как да го направим.
Както и да е, трудно е да се създаде ефективно лекарство, без да се знае какво причинява инфекцията. Ако отидете при вашия лекар, той няма да може да ви осигури лечение с тесен спектър, ако не знае какви бактерии ви притесняват.
Лекарите се нуждаят от по-бързи методи за диагностика, за да могат да установят вида на целевите бактерии и колко устойчиви са на традиционните антибиотици. Лу и неговите колеги работят за създаването на бърза, евтина диагностика. Когато заразят целевите си бактерии, те го осветяват със същия протеин, който използват светулките. Просто дайте бактериофаговата проба на пациента и „можете да разберете дали пробата свети или не, бактериите присъстват в нея или не“, казва Лу.
Широк арсенал
Това не са всички оръжия, които добавяме към нашия арсенал. Учените изследват други варианти, като изпращане на други бактерии за борба с патогени, намиране на нови антибиотици и използване на антитела и др.
„Трудно можете да разчитате на един метод или на една технология, за да отстраните целия проблем“, казва Джан. Изучаването на superbugs от различни ъгли, комбинирането на нови тактики и традиционните методи на лечение, ще разшири нашия арсенал.
Ще отнеме няколко години, преди новите инструменти да бъдат одобрени за широко приложение. И за известно време алтернативни антимикробни методи ще се използват само когато антибиотиците вече не работят. Евтиността и ефективността на антибиотиците е основната причина, поради която те са трудни за отказ. Но в дългосрочен план това ще бъде единственият вариант.
ИЛЯ КХЕЛ
