Nowe podejście do walki z antybiotykoopornością oparte na biofizyce
Od momentu wynalezienia penicyliny w 1928 roku antybiotyki wykorzystywane są do walki z zakażeniami bakteryjnymi zarówno w szpitalach, jak i ogólnie w społeczeństwie. Jednak z każdym pojawieniem się nowego antybiotyku, powstaje nowy szczep lekoopornych bakterii, wobec którego istniejące metody leczenia są nieskuteczne. Wydaje się, że w tym pojedynku pomiędzy światem medycyny a bakterii ludzkość znajduje się na przegranej pozycji. „Wiele z największych firm farmaceutycznych, które na dużą skalę prowadziły badania nad nowymi antybiotykami, zakończyło swoje programy prac nad środkami przeciwdrobnoustrojowymi”, wyjaśnia Nathalie Balaban, koordynatorka projektu Tolerome i profesor biofizyki na izraelskim Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie. „Poszukiwanie nowych antybiotyków nie jest uznawane za dobry model biznesowy. Prace nad lekami ciągną się latami, a jedynie niewielka część nowych antybiotyków zostanie wprowadzona do produkcji”. Niektóre szczepy bakterii oporne są na działanie wszystkich antybiotyków. Balaban podkreśla powagę niebezpieczeństwa związanego z rozwojem i niekontrolowanym rozprzestrzenianiem się zakaźnych, antybiotykoopornych szczepów.
Prognozowanie ewolucji bakterii
W odpowiedzi na to wyzwanie w zakresie zdrowia zespół projektu Tolerome postanowił pogłębić dostępną wiedzę na temat ewolucji oporności bakterii. Prace rozpoczęły się w laboratorium, gdzie bakterie zostały wystawione na działanie antybiotyków. „Udało nam się wykazać, że niektóre z nowych szczepów bakterii rozwinęły właściwość nazywaną tolerancją”, mówi Balaban. „Bakterie znajdują się wtedy w stanie uśpienia. Udowodniliśmy, że tolerancja w dużym stopniu przyczynia się do rozwoju antybiotykooporności, ponieważ bakterie posiadające tę właściwość są w stanie przetrwać antybiotykoterapię”. Balaban i jej zespół we współpracy z jerozolimskimi szpitalami przeprowadzili badania nad zagrażającym życiu bakteryjnym zakażeniem krwi. Codziennie wykonywano sekwencjonowanie szczepów bakterii, co pozwoliło naukowcom na śledzenie przebiegu ich ewolucji. „W badaniach laboratoryjnych i w próbkach krwi pacjentów zaobserwowaliśmy tę samą trajektorię ewolucyjną”, zauważa Balaban. „Udało nam się udowodnić, że tolerancja bakterii stanowi problem kliniczny i powinna być uwzględniana w leczeniu zakażeń bakteryjnych”. Kluczowym krokiem było przekształcenie tych ustaleń w modele matematyczne umożliwiające przewidywanie ewolucji szczepów bakteryjnych. „Przekładając wyniki badań na równania, można utworzyć naprawdę potężne narzędzie”, wyjaśnia Balaban. „Czasami ciężko jest opisać procesy zachodzące podczas badań laboratoryjnych, dlatego z pomocą przychodzi prognozowanie w oparciu o modelowanie matematyczne”.
Skuteczniejsze metody leczenia
To pionierskie połączenie oceny naukowej i modelowania matematycznego ma szansę pomóc personelowi medycznemu w lepszym przewidywaniu szybkiej ewolucji antybiotykooporności, co z kolei może poprawić skuteczność leczenia. Balaban w szczególności wierzy, że projekt Tolerome przyczyni się do zwiększenia efektywności wykorzystywania istniejących antybiotyków. Poszukiwanie i opracowywanie nowych związków leczących zakażenia bakteryjne może ciągnąć się całymi latami, ale istnieje szereg antybiotyków, które mogą być skuteczne w terapii skojarzonej. Wydłuży to ponadto przydatność już istniejących leków, obniżając prawdopodobieństwo, że utracą swoją skuteczność. „Posiadamy teraz wiedzę na temat ewolucji bakterii, lekooporności i tolerancji na antybiotyki”, mówi badaczka. „Jestem pewna, że zdolność do prognozowania trajektorii ewolucyjnej za pomocą modeli matematycznych pomoże nam w przyszłości rozpoznać kombinacje leków, które mogą zatrzymać rozwój lekooporności, a przynajmniej znacząco go opóźnić”.
Słowa kluczowe
Tolerome, antybiotyki, bakteryjny, krew, zakażenie, matematyczny, leki
