În 1945, în New Mexico, cercetătorii proiectului Manhattan au efectuat prima detonare a unei arme nucleare; a scăldat deșertul cu lumină și a aruncat o lume peste zeci de ani după lume. În 2016, sud-vestul a văzut un alt vestitor al distrugerii.
După cum a explicat un raport al Centrului pentru Controlul Bolilor (CDC) din 2017, o femeie a murit într-un spital din Nevada după ce a contractat o infecție din Enterobacteriaceae rezistente la carbapenem (CRE). Această „super bacterie” a fost rezistentă la toate cele 26 de antibiotice disponibile în Statele Unite.
Deși cazul Nevada ar fi putut fi un semnal de trezire pentru unii din Statele Unite, de ani de zile, cercetătorii urmăresc creșterea crizei în întreaga lume. În 2014, dr. Keiji Fukuda, directorul adjunct pentru securitatea sănătății la Organizația Mondială a Sănătății (OMS), a avertizat asupra pericolului deja prezent, spunând: „Fără acțiuni urgente și coordonate ale multor părți interesate, lumea se îndreaptă spre un post-antibiotic epoca, în care infecțiile obișnuite și leziunile minore care sunt tratabile de zeci de ani pot ucide din nou. ”
CDC estimează că există mai mult de 23.000 de decese în Statele Unite în fiecare an din cauza bacteriilor rezistente la antibiotice. India - unde călătorea femeia din Nevada când și-a suferit rănirea fatală - are cea mai mare rată de rezistență la E. Coli din lume, potrivit Centrului pentru dinamica bolilor, economie și politici. În China, rezistența la medicamentul colistin se răspândește. Acest lucru este deosebit de îngrijorător, deoarece colistina este deja considerată o ultimă soluție; este un medicament vechi care poate provoca leziuni la rinichi, iar medicii l-au scos doar din pensie, deoarece medicamentele moderne au devenit în mod constant mai puțin eficiente.
Rezistența la antibiotice va continua să se răspândească și reprezintă una dintre marile crize de sănătate din timpul nostru. Din fericire, există cercetători care lucrează pentru a o opri.
O soluție genetică
„Bacteriile vor dezvolta rezistență la orice antibiotic sau antimicrobian având suficient timp”, a declarat dr. Bruce Geller, profesor de microbiologie la Universitatea de Stat din Oregon, pentru Digital Trends. „Deoarece au avut un avans de 4 miliarde de ani în evoluția mecanismelor de adaptare la medii în schimbare, sunt foarte, foarte buni în a evita orice antimicrobian pe care l-ar putea întâlni”.
De ani de zile, biologi precum Geller joacă cu bacteriile evoluția evoluției. Deși cercetătorii sunt înarmați cu cunoștințele colective ale comunității științifice, bacteriile au flexibilitatea vicleană a naturii. Pentru fiecare instrument pe care îl folosesc oamenii împotriva lor, bacteriile dezvoltă o contramăsură. În timp ce antibioticele au fost o revoluție în medicină, în momentul în care le-am folosit pentru prima dată, bacteriile au început să se remodeleze.
Geller explorează o abordare unică: mai degrabă decât să dezvolte încă un alt mod de a ucide bacteriile - la care acestea vor deveni în cele din urmă rezistente - de ce să nu le facem din nou vulnerabile la antibiotice deja existente?
În acest scop, armele la alegere ale lui Geller sunt molecule sintetice numite oligomeri morfolinici de fosforodiamidat de peptide conjugate - PPMO, pe scurt. Așa cum ați fi ghicit din numele scandalos de lung, PPMO-urile sunt destul de complexe; pentru a înțelege modul în care funcționează, trebuie mai întâi să vă înfășurați capul despre modul în care funcționează antibioticele și cum au învățat bacteriile să le combată.
Cum funcționează bacteriile și antibioticele
Bacteriile sunt organisme microscopice unicelulare care vin într-o varietate de forme. La fel ca alte organisme unicelulare, celulele bacteriene au un perete celular care le înconjoară; în bacterii în mod specific, acești pereți conțin o substanță numită peptidoglican și acest lucru poate fi esențial pentru utilizarea antibioticelor.
Un antibiotic este conceput pentru a distruge microorganismele precum bacteriile. Pentru ca un antibiotic să funcționeze eficient, acesta trebuie să distrugă celulele bacteriilor fără a distruge celulele umane, astfel încât biologii proiectează antibiotice pentru a viza aspecte unice pentru celulele bacteriene. De exemplu, penicilina împiedică legarea peptidoglicanului din celulele bacteriene, lăsând pereții celulari slabi și predispuși la prăbușire. O altă clasă de antibiotice - sulfonamidele - inhibă capacitatea celulelor de a produce acid folic. Acest lucru este în regulă pentru celulele umane, care pot absorbi acidul folic din surse exterioare, dar înseamnă moarte pentru celulele bacteriene, care trebuie să producă acid folic pe cont propriu. Un al treilea tip de antibiotic, tetraciclina, inhibă sinteza proteinelor în celule, dar nu se acumulează în celulele umane suficient pentru a le afecta.
Oricât ar fi de antibiotice inventive, bacteriile se adaptează întotdeauna. Unii folosesc structuri proteice numite „pompe de eflux” pentru a împinge antibioticele din celulele lor. Alții se pot rearanja singuri, ascunzând în mod eficient părți ale celulei care sunt vulnerabile la antibiotice. Altele produc enzime - precum ținta lui Geller, metallo-beta-lactamaza din New Delhi (NDM-1) - care pot neutraliza antibioticele.
Numai intestinul uman conține mai multe bacterii decât există celule în corpul uman.
De parcă natura mercurială a bacteriilor nu ar fi îndeajuns de înspăimântătoare, cercetătorii trebuie să se lupte cu faptul că bacteriile au și un complice util, chiar dacă nedorit: noi. Rezistența se dezvoltă și se răspândește prin procese naturale, evolutive, dar comportamentul uman îi oferă o lovitură utilă.
Cum se dezvoltă rezistența? Unele celule bacteriene dezvoltă mutații aleatorii care duc la aceste mecanisme de rezistență. Când o rundă de antibiotice ucide o populație de bacterii, celulele rezistente sunt lăsate în viață, capabile să se reproducă. Înrăutățind lucrurile, bacteriile nerezistente pot dobândi rezistență de la celulele care o au, primind o copie a genei care asigură mecanismul de rezistență.
Acest proces este în întregime natural - bacteriile vor dezvolta inevitabil rezistență la un antibiotic folosit împotriva lor - dar se mișcă mai repede datorită comportamentului uman. Prima tendință care a accelerat răspândirea rezistenței este că societatea folosește pur și simplu prea multe antibiotice. Un raport al CDC estimează că cel puțin 30 la sută din prescripțiile de antibiotice din SUA sunt inutile; multe dintre aceste rețete se adresează pacienților care suferă de infecții virale, împotriva cărora antibioticele sunt complet inutile!
În ciuda obsesiei noastre pentru igienă, oamenii merg pe ferme de bacterii. Numai intestinul uman conține mai multe bacterii decât există celule în corpul uman. Atunci când un pacient ia antibiotice, bacteriile din intestinele sale pot dezvolta rezistențe, care se pot răspândi apoi la alte persoane.
Oamenii nu sunt singurele creaturi care iau o cantitate excesivă de antibiotice; chiar și animalele de fermă au contribuit la problemă. De ani de zile, fermierii au dat antibiotice animalelor alimentare, cum ar fi vacile, găinile și porcii. Acest lucru nu numai că menține animalele sănătoase (animalele bolnave sunt rele pentru afaceri), dar s-a demonstrat că utilizarea antibioticelor crește creșterea acestor animale. Vești bune pentru fermieri, dar teribile pentru oricine îngrijorat de apariția superbacteriilor. Administrația pentru alimente și medicamente a încercat să reducă utilizarea antibioticelor la animale, reducând promovarea creșterii.
Minunata lume a PPMO-urilor
Schimbarea comportamentului social este adesea un proces lent și dificil. CDC speră să reducă prescripțiile cu antibiotice cu 15% în următorii câțiva ani, un obiectiv ambițios dat fiind cât de des pacienții solicită prescripții pentru afecțiunile lor. Datorită muncii cercetătorilor precum Geller, războiul împotriva bacteriilor se poate răsturna fără reforme radicale.
Mega-arma lui Geller este un PPMO conceput pentru a neutraliza mecanismele de rezistență ale bacteriilor, lăsându-le vulnerabile la antibiotice. Aceasta molecula poate restabili sensibilitatea la antibiotice standard, deja aprobate la bacterii care sunt acum rezistente la aceste antibiotice, spune Geller, care elimina necesitatea de a investi timp si bani in dezvoltarea de noi antibiotice. Deci, cum funcționează acest PPMO?
Un PPMO este un tip de moleculă sintetică care imită ADN-ul și se poate lega de acidul ribonucleic (ARN) al unei celule. ARN preia informațiile stocate în ADN-ul unei celule, traducându-le în proteine care îndeplinesc diferitele funcții ale acelei celule.
Imaginați-vă o genă ca instrucțiuni, scrise într-o scrisoare. În mod normal, ARN primește această scrisoare și execută instrucțiunile, creând proteinele adecvate. PPMO, în schimb, interceptează scrisoarea pe parcurs, înlocuind-o cu una care comandă ARN-ului să nu facă nimic. Deci, echipa lui Geller poate crea un PPMO care se leagă de gena care produce NDM-1 - o enzimă care neutralizează antibioticele - și o reduce la tăcere. Dintr-o dată, bacteria nu are mecanism de apărare.
„Majoritatea antibioticelor standard nu vizează gene sau expresia genelor, se leagă de structuri celulare precum ribozomi sau membrane”, explică Geller. „Abordarea noastră este de a viza genele în sine sau, mai precis, de a viza ARN-ul messenger care este făcut din gene. Moleculele noastre se leagă de un ARN mesager specific și asta împiedică translația acestuia în proteine. ”
Deși PPMO-urile sunt sintetice, ele nu sunt evocate din „pământ, vânt și foc”, după cum spune Geller. Procesul începe, la fel ca multe nopți grozave, cu drojdia de bere. Chimiștii iau drojdia din cuve de fermentare și extrag ADN-ul.
Echipa lui Geller poate crea un PPMO care se leagă de gena care produce NDM-1 - o enzimă care neutralizează antibioticele - și o reduce la tăcere.
Chimiștii apoi descompun ADN-ul, extragând unele dintre părțile mai valoroase și își folosesc piesele ca elemente de bază ale moleculei. Deși bacteriile sunt ținta pentru moleculă, ele nu sunt singurul obstacol cu care se confruntă. Corpul uman, cu toate apărările sale naturale, reprezintă o amenințare, astfel încât chimiștii aduc modificări compusului rezultat, protejându-l de enzimele din corpul uman care l-ar putea dezintegra.
Procesul poate părea consumator de timp, dar este de fapt extrem de rapid. „Adevărata frumusețe a acestei tehnologii”, spune Geller, „este că scurtează cu adevărat timpul de descoperire pentru un nou medicament. Unul dintre cei mai consumatori de timp și pași laborioși în dezvoltarea medicamentelor este descoperirea. Când oamenii de știință ies afară și încearcă să descopere un nou medicament, pot trece mulți ani înainte să găsească o lovitură, ceva ce ei gândi ar putea fi un medicament bun ”. Deoarece PPMO „poate viza într-adevăr orice genă, tot ce trebuie să facem este să schimbăm secvența oligomerului nostru; putem produce un medicament nou în câteva zile, dacă nu chiar ore ”.
Geller lucrează la cercetările sale din 2001, iar rezultatele nu au venit cu ușurință. El lucrează cu bacterii Gram-pozitive, care au un strat gros de peptidoglican în pereții lor celulari. La începutul cercetării sale, moleculele sale - care erau atunci doar PMO - nu puteau pătrunde în pereții celulari. Cum a izbucnit în cele din urmă?
Dacă ești un domn al războiului medieval care încearcă să spargă o cetate, folosești un trebuchet. Geller s-a mulțumit cu peptidele. Echipa sa a atașat peptidele cu penetrare a membranei la PMO - creând PPMO - permițându-le să străpungă peretele celular. Odată ajuns în interior, molecula începe să funcționeze, legându-se de ARN și oprind-o din traducerea genelor.
Poate că cel mai util aspect al PPMO este că, deoarece reduce la tăcere o genă decât să ucidă în mod direct bacteriile, ar putea fi mai puțin probabil să declanșeze mecanisme de rezistență. Pentru a fi în siguranță, Geller crede că medicii ar trebui să joace șansele, folosind doi antimicrobieni sau compuși la unison, pentru a diminua șansele ca orice bacterie să supraviețuiască tratamentului.
Nimic nu este perfect
În ciuda virtuților lor, PPMO-urile nu sunt lipsite de defecte. Pentru început, echipa lui Geller a observat bacterii care prezintă rezistență la porțiunea peptidică a moleculei. Puterea și frecvența rezistenței diferă foarte mult în funcție de peptida utilizată.
Dincolo de nivelul celular, există și alte dezavantaje. Geller subliniază că nu sunt soluții cu spectru larg; deoarece un PPMO este conceput pentru a viza o genă specifică, un medic va trebui să cunoască afecțiunea exactă. În cazurile în care un pacient are o boală pe termen lung, cum ar fi tuberculoza, un medic ar ști exact ce trebuie să vizeze. Dacă medicul nu este sigur care este cauza bolii, PPMO ar fi practic inutil.
În cele din urmă, proiectul lui Geller se confruntă cu aceleași constrângeri pe care le face orice cercetare medicală: timp și bani. Deși echipa sa poate produce rapid un PPMO, Geller subliniază că molecula va fi supusă aceluiași proces de reglementare prin care trebuie să treacă orice medicament înainte de a putea fi utilizat la oameni. „Este nevoie de mulți ani pentru a testa efectiv acești compuși și a-i dezvolta pentru a-i face eficienți și siguri, astfel încât să poată fi testați în final la oameni”, spune el. „Suntem încă în faza de dezvoltare.”
Procesul de testare va dura atâta timp cât trebuie, dar sabia de deasupra capetelor noastre atârnă din ce în ce mai precar. Lupta împotriva super bacteriilor nu este nouă; frontul umanității se îndreaptă de câțiva ani și inamicul se târăște peste porți. Va fi nevoie de toată ingeniozitatea lumii medicale pentru a opri valul și fără a lua decizii înțelepte din partea politicienilor și a societății în general, chiar și asta poate să nu fie suficient.
