Το 1945, στο Νέο Μεξικό, οι ερευνητές του έργου του Μανχάταν πραγματοποίησαν την πρώτη έκρηξη ενός πυρηνικού όπλου. έπλυνε την έρημο με φως, και έριξε ένα χτύπημα στον κόσμο για δεκαετίες μετά. Το 2016, το νοτιοδυτικό τμήμα είδε έναν άλλο θάνατο καταστροφής.
Όπως εξήγησε η έκθεση του Κέντρου Ελέγχου Νοσημάτων (CDC) του 2017, μια γυναίκα πέθανε σε νοσοκομείο της Νεβάδας μετά τη μόλυνση από ανθεκτικό στην καρβαπενέμη Enterobacteriaceae (CRE). Αυτό το «σούπερ βακτήριο» ήταν ανθεκτικό και στα 26 αντιβιοτικά που διατίθενται στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Παρόλο που η υπόθεση της Νεβάδας μπορεί να ήταν μια κλήση αφύπνισης για ορισμένους στις Ηνωμένες Πολιτείες, εδώ και χρόνια, οι ερευνητές παρακολουθούν την κρίση να αυξάνεται παγκοσμίως. Το 2014, ο Δρ Keiji Fukuda, Βοηθός Διευθυντής Ασφάλειας Υγείας στον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), προειδοποίησε για τον ήδη υπάρχοντα κίνδυνο, λέγοντας «Χωρίς επείγουσα, συντονισμένη δράση πολλών ενδιαφερομένων, ο κόσμος κατευθύνεται για ένα μεταβιοτικό εποχή, στην οποία κοινές λοιμώξεις και μικροί τραυματισμοί που μπορούν να θεραπευτούν εδώ και δεκαετίες μπορούν και πάλι να σκοτώσουν. "
Το CDC εκτιμά ότι υπάρχουν περισσότεροι από 23.000 θάνατοι στις Ηνωμένες Πολιτείες κάθε χρόνο λόγω βακτηρίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά. Η Ινδία - όπου η γυναίκα της Νεβάδας ταξίδευε όταν υπέστη θανατηφόρο τραυματισμό της - έχει το υψηλότερο ποσοστό αντίστασης στην E. Coli στον κόσμο, σύμφωνα με το Κέντρο Δυναμικής, Οικονομίας και Πολιτικής Νόσων. Στην Κίνα, η αντίσταση στο φάρμακο κολιστίνη εξαπλώνεται. Αυτό είναι ιδιαίτερα ανησυχητικό, καθώς η κολιστίνη θεωρείται ήδη έσχατη λύση. Είναι ένα παλιό φάρμακο που μπορεί να προκαλέσει βλάβη στα νεφρά και οι γιατροί το έβγαλαν μόνο από τη συνταξιοδότησή τους, επειδή τα σύγχρονα φάρμακα έχουν γίνει σταθερά λιγότερο αποτελεσματικά.
Η αντοχή στα αντιβιοτικά θα συνεχίσει να εξαπλώνεται και αντιπροσωπεύει μία από τις μεγάλες κρίσεις υγείας της εποχής μας. Ευτυχώς, υπάρχουν ερευνητές που εργάζονται για να το σταματήσουν.
Μια γενετική λύση
«Τα βακτήρια θα αναπτύξουν αντοχή σε οποιοδήποτε αντιβιοτικό ή αντιμικροβιακό δεδομένο αρκετό χρόνο», δήλωσε ο Δρ Bruce Geller, καθηγητής μικροβιολογίας στο κρατικό πανεπιστήμιο του Όρεγκον, στο Digital Trends. "Επειδή είχαν μια πρώτη αρχή 4 δισεκατομμυρίων ετών στην εξέλιξη των μηχανισμών προσαρμογής σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα, είναι πολύ, πολύ καλοί στο να αντιμετωπίσουν τυχόν αντιμικροβιακά που μπορεί να συναντήσουν."
Εδώ και χρόνια, βιολόγοι όπως ο Γκέλερ παίζουν εξελικτικά βακτήρια. Αν και οι ερευνητές είναι εξοπλισμένοι με τη συλλογική γνώση της επιστημονικής κοινότητας, τα βακτηρίδια έχουν την πονηρή ευελιξία της φύσης. Για κάθε εργαλείο που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι εναντίον τους, τα βακτήρια αναπτύσσουν αντίμετρα. Ενώ τα αντιβιοτικά ήταν μια επανάσταση στην ιατρική, τη στιγμή που τα χρησιμοποιήσαμε για πρώτη φορά, τα βακτήρια άρχισαν να αναμορφώνονται.
Ο Geller διερευνά μια μοναδική προσέγγιση: αντί να αναπτύξει έναν ακόμη τρόπο να σκοτώσει τα βακτήρια - στα οποία τελικά θα γίνουν ανθεκτικά - γιατί να μην τα καταστήσουμε ευάλωτα σε ήδη υπάρχοντα αντιβιοτικά;
Για το σκοπό αυτό, τα όπλα επιλογής του Geller είναι συνθετικά μόρια που ονομάζονται πεπτιδικά συζευγμένα φωσφοροδιαμιδικά μορφολινολιγομερή - PPMOs, για συντομία. Όπως ίσως έχετε μαντέψει από το υπερβολικά μεγάλο όνομα, οι PPMO είναι αρκετά περίπλοκοι. για να καταλάβετε πώς λειτουργούν, πρέπει πρώτα να τυλίξετε το κεφάλι σας για το πώς λειτουργούν τα αντιβιοτικά και πώς τα βακτήρια έχουν μάθει να τα καταπολεμούν.
Πώς λειτουργούν τα βακτήρια και τα αντιβιοτικά
Τα βακτήρια είναι μικροσκοπικοί, μονοκύτταροι οργανισμοί που έρχονται σε διάφορα σχήματα. Όπως και άλλοι μονοκύτταροι οργανισμοί, τα βακτηριδιακά κύτταρα έχουν κυτταρικό τοίχωμα που τους περιβάλλει. Σε βακτήρια συγκεκριμένα, αυτά τα τοιχώματα περιέχουν μια ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη, και αυτό μπορεί να είναι απαραίτητο για τη χρήση αντιβιοτικών.
Ένα αντιβιοτικό έχει σχεδιαστεί για να καταστρέφει μικροοργανισμούς όπως τα βακτήρια. Για να λειτουργεί αποτελεσματικά ένα αντιβιοτικό, πρέπει να σκοτώνει τα βακτηριδιακά κύτταρα χωρίς να καταστρέφει τα ανθρώπινα κύτταρα, οπότε οι βιολόγοι σχεδιάζουν αντιβιοτικά για να στοχεύουν σε μοναδικές πτυχές των βακτηριδίων. Για παράδειγμα, η πενικιλίνη εμποδίζει τη σύνδεση των πεπτιδογλυκάνων στα κύτταρα βακτηρίων, αφήνοντας τα κυτταρικά τοιχώματα αδύναμα και επιρρεπή σε κατάρρευση. Μια άλλη κατηγορία αντιβιοτικών - τα σουλφοναμίδια - αναστέλλει την ικανότητα των κυττάρων να παράγουν φολικό οξύ. Αυτό είναι καλό για ανθρώπινα κύτταρα, τα οποία μπορούν να απορροφήσουν φολικό οξύ από εξωτερικές πηγές, αλλά αυτό σημαίνει θάνατο για κύτταρα βακτηρίων, τα οποία πρέπει να παράγουν φολικό οξύ μόνα τους. Ένας τρίτος τύπος αντιβιοτικού, η τετρακυκλίνη, αναστέλλει τη σύνθεση πρωτεϊνών στα κύτταρα αλλά δεν συσσωρεύεται στα ανθρώπινα κύτταρα αρκετά για να τα βλάψει.
Όσο εφευρετικά είναι τα αντιβιοτικά, τα βακτήρια προσαρμόζονται πάντα. Μερικοί χρησιμοποιούν πρωτεϊνικές δομές που ονομάζονται «αντλίες εκροής» για να απομακρύνουν τα αντιβιοτικά από τα κύτταρα τους. Άλλοι μπορούν να αναδιατάξουν τον εαυτό τους, κρύβοντας αποτελεσματικά τμήματα του κυττάρου που είναι ευάλωτα στα αντιβιοτικά. Ακόμα άλλοι παράγουν ένζυμα - όπως ο στόχος του Geller, η μεταλλο-β-λακταμάση του Νέου Δελχί (NDM-1) - που μπορούν να εξουδετερώσουν τα αντιβιοτικά.
Το ανθρώπινο έντερο κρατά μόνο περισσότερα βακτήρια από ό, τι υπάρχουν κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα.
Σαν εάν η υδραργυρική φύση των βακτηρίων δεν ήταν αρκετά τρομακτική, οι ερευνητές πρέπει να αμφισβητήσουν το γεγονός ότι τα βακτηρίδια έχουν επίσης έναν χρήσιμο, αν και άθελο, συνεργάτη μας. Η αντίσταση αναπτύσσεται και εξαπλώνεται μέσω φυσικών, εξελικτικών διαδικασιών, αλλά η ανθρώπινη συμπεριφορά του δίνει ένα χρήσιμο ώθηση.
Πώς αναπτύσσεται η αντίσταση; Μερικά βακτηριακά κύτταρα αναπτύσσουν τυχαίες μεταλλάξεις που οδηγούν σε αυτούς τους μηχανισμούς αντοχής. Όταν ένας κύκλος αντιβιοτικών σκοτώνει έναν πληθυσμό βακτηρίων, τα ανθεκτικά κύτταρα αφήνονται ζωντανά, ικανά να αναπαραχθούν. Κάνοντας τα πράγματα χειρότερα, τα μη ανθεκτικά βακτήρια μπορούν να αποκτήσουν αντίσταση από κύτταρα που την έχουν, λαμβάνοντας ένα αντίγραφο του γονιδίου που παρέχει τον μηχανισμό αντοχής.
Αυτή η διαδικασία είναι απολύτως φυσική - τα βακτήρια αναπόφευκτα θα αναπτύξουν αντοχή σε ένα αντιβιοτικό που χρησιμοποιείται εναντίον τους - αλλά κινείται πιο γρήγορα λόγω της ανθρώπινης συμπεριφοράς. Η πρώτη τάση που έχει επιταχύνει τη διάδοση της αντίστασης είναι ότι η κοινωνία χρησιμοποιεί απλώς πάρα πολλά αντιβιοτικά. Μια έκθεση του CDC εκτιμά ότι τουλάχιστον το 30 τοις εκατό των συνταγών αντιβιοτικών στις ΗΠΑ είναι περιττές. πολλές από αυτές τις συνταγές απευθύνονται σε ασθενείς που πάσχουν από ιογενείς λοιμώξεις, κατά των οποίων τα αντιβιοτικά είναι εντελώς άχρηστα!
Παρά την εμμονή μας στην υγιεινή, οι άνθρωποι περπατούν σε βακτήρια. Το ανθρώπινο έντερο κρατά μόνο περισσότερα βακτήρια από ό, τι υπάρχουν κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα. Όταν ένας ασθενής παίρνει αντιβιοτικά, τα βακτήρια στο έντερο μπορούν να αναπτύξουν αντιστάσεις, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να εξαπλωθούν σε άλλους ανθρώπους.
Οι άνθρωποι δεν είναι τα μόνα πλάσματα που λαμβάνουν υπερβολική ποσότητα αντιβιοτικών. ακόμη και τα ζώα εκτροφής έχουν συμβάλει στο πρόβλημα. Για χρόνια, οι αγρότες έδωσαν αντιβιοτικά σε ζώα διατροφής, όπως αγελάδες, κοτόπουλα και χοίρους. Αυτό όχι μόνο διατηρεί τα ζώα υγιή (τα άρρωστα ζώα είναι κακά για επιχειρήσεις), αλλά έχει αποδειχθεί ότι η χρήση αντιβιοτικών αυξάνει την ανάπτυξη αυτών των ζώων. Καλές ειδήσεις για τους αγρότες, αλλά τρομερές για όσους ανησυχούν για την άνοδο των superbacteria. Η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων προσπαθεί να περιορίσει τη χρήση αντιβιοτικών στα ζώα, καταργώντας την προώθηση της ανάπτυξης.
Ο υπέροχος κόσμος των PPMO
Η αλλαγή της κοινωνικής συμπεριφοράς είναι συχνά μια αργή και δύσκολη διαδικασία. Το CDC ελπίζει να μειώσει τις συνταγογραφίες αντιβιοτικών κατά 15 τοις εκατό τα επόμενα χρόνια, έναν φιλόδοξο στόχο δεδομένου του πόσο συχνά οι ασθενείς απαιτούν συνταγές για τις ασθένειές τους. Χάρη στο έργο ερευνητών όπως ο Geller, ο πόλεμος κατά των βακτηρίων μπορεί να ανατραπεί χωρίς σαρωτικές μεταρρυθμίσεις.
Το megaweapon του Geller είναι ένα PPMO που έχει σχεδιαστεί για να εξουδετερώνει τους μηχανισμούς αντοχής στα βακτήρια, αφήνοντάς τα ευάλωτα στα αντιβιοτικά. «Αυτό το μόριο μπορεί να αποκαταστήσει την ευαισθησία στα τυπικά, ήδη εγκεκριμένα αντιβιοτικά σε βακτήρια που είναι τώρα ανθεκτικά σε αυτά τα αντιβιοτικά», λέει ο Geller, το οποίο εξαλείφει την ανάγκη να επενδύσουμε χρόνο και χρήμα για την ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών. Λοιπόν, πώς λειτουργεί αυτό το PPMO;
Ένα PPMO είναι ένας τύπος συνθετικού μορίου που μιμείται το DNA και μπορεί να συνδεθεί με το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) ενός κυττάρου. Το RNA λαμβάνει τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA ενός κυττάρου, μετατρέποντάς τις σε πρωτεΐνες που εκτελούν τις διάφορες λειτουργίες αυτού του κυττάρου.
Φανταστείτε ένα γονίδιο ως οδηγίες, γραμμένο σε μια επιστολή. Κανονικά, το RNA λαμβάνει αυτό το γράμμα και εκτελεί τις οδηγίες, δημιουργώντας τις κατάλληλες πρωτεΐνες. Αντίθετα, το PPMO παρεμποδίζει το γράμμα, αντικαθιστώντας το με ένα γράμμα που δίνει εντολή στο RNA να μην κάνει τίποτα. Έτσι, η ομάδα του Geller μπορεί να δημιουργήσει ένα PPMO που συνδέεται με το γονίδιο που παράγει NDM-1 - ένα ένζυμο που εξουδετερώνει τα αντιβιοτικά - και το κάνει σιγή. Ξαφνικά, το βακτήριο δεν έχει αμυντικό μηχανισμό.
«Τα περισσότερα τυπικά αντιβιοτικά δεν στοχεύουν γονίδια ή γονιδιακή έκφραση, συνδέονται με κυτταρικές δομές όπως ριβοσώματα ή μεμβράνες», εξηγεί ο Geller. «Η προσέγγισή μας είναι να στοχεύουμε τα ίδια τα γονίδια, ή πιο συγκεκριμένα, να στοχεύουμε το αγγελιοφόρο RNA που είναι φτιαγμένο από τα γονίδια. Τα μόρια μας συνδέονται με ένα συγκεκριμένο RNA messenger, και αυτό εμποδίζει τη μετάφρασή του σε πρωτεΐνες. "
Παρόλο που τα PPMO είναι συνθετικά, δεν προέρχονται από «γη, άνεμο και φωτιά», όπως το λέει ο Geller. Η διαδικασία ξεκινά, όπως κάνει μια υπέροχη βραδιά, με μαγιά μπύρας. Οι χημικοί παίρνουν τη μαγιά από τους κάδους ζύμωσης και εξάγουν το DNA.
Η ομάδα του Geller μπορεί να δημιουργήσει ένα PPMO που συνδέεται με το γονίδιο που παράγει NDM-1 - ένα ένζυμο που εξουδετερώνει τα αντιβιοτικά - και το κάνει σιγή.
Στη συνέχεια, οι χημικοί διαλύουν το DNA, εξάγοντας μερικά από τα πιο πολύτιμα μέρη και χρησιμοποιούν τα κομμάτια τους ως δομικά στοιχεία του μορίου. Αν και τα βακτήρια είναι ο στόχος του μορίου, δεν είναι το μόνο εμπόδιο που αντιμετωπίζει. Το ανθρώπινο σώμα, με όλες τις φυσικές του άμυνες, αποτελεί απειλή, έτσι οι χημικοί κάνουν τροποποιήσεις στην προκύπτουσα ένωση, προστατεύοντάς το από τα ένζυμα του ανθρώπινου σώματος που θα μπορούσαν να το αποσυνθέσουν.
Η διαδικασία μπορεί να ακούγεται χρονοβόρα, αλλά στην πραγματικότητα είναι εξαιρετικά γρήγορη. «Η πραγματική ομορφιά αυτής της τεχνολογίας», λέει ο Geller, «είναι ότι μειώνει πραγματικά τον χρόνο ανακάλυψης για ένα νέο φάρμακο. Ένα από τα πιο χρονοβόρα και επίπονα βήματα στην ανάπτυξη ναρκωτικών είναι η ανακάλυψη. Όταν οι επιστήμονες βγαίνουν έξω και προσπαθούν να ανακαλύψουν ένα νέο φάρμακο, μπορεί να χρειαστούν πολλά χρόνια για να βρουν ένα χτύπημα, κάτι που αυτοί νομίζω μπορεί να είναι ένα καλό φάρμακο. " Επειδή το PPMO «μπορεί πραγματικά να στοχεύσει οποιοδήποτε γονίδιο, το μόνο που πρέπει να κάνουμε είναι να αλλάξουμε την ακολουθία του ολιγομερούς μας. μπορούμε να φτιάξουμε ένα νέο φάρμακο σε λίγες μέρες, αν όχι ώρες. "
Ο Geller εργάζεται στην έρευνά του από το 2001 και τα αποτελέσματα δεν ήρθαν εύκολα. Συνεργάζεται με θετικά κατά Gram βακτήρια, τα οποία έχουν ένα παχύ στρώμα πεπτιδογλυκάνης στα κυτταρικά τους τοιχώματα. Νωρίς στην έρευνά του, τα μόριά του - που τότε ήταν απλά PMO - δεν μπορούσαν να διεισδύσουν στα κυτταρικά τοιχώματα. Πώς τελικά πέρασε;
Εάν είστε μεσαιωνικός πολέμαρχος που προσπαθεί να σπάσει ένα φρούριο, χρησιμοποιείτε ένα trebuchet. Ο Γκέλερ εγκαταστάθηκε για πεπτίδια. Η ομάδα του προσάρμοσε πεπτίδια που διεισδύουν στη μεμβράνη στα PMO - δημιουργώντας PPMO - επιτρέποντάς τους να τρυπήσουν το κυτταρικό τοίχωμα. Μόλις μέσα, το μόριο αρχίζει να λειτουργεί, δεσμεύοντας το RNA και σταματώντας το να μεταφράσει γονίδια.
Ίσως η πιο χρήσιμη πτυχή του PPMO είναι ότι, επειδή σιωπά ένα γονίδιο αντί να σκοτώνει άμεσα τα βακτήρια, θα ήταν λιγότερο πιθανό να προκαλέσει μηχανισμούς αντίστασης. Για να είναι ασφαλής, ο Geller πιστεύει ότι οι γιατροί πρέπει να έχουν τις πιθανότητες, χρησιμοποιώντας δύο αντιμικροβιακά ή ενώσεις ταυτόχρονα, για να μειώσουν τις πιθανότητες ότι οποιοδήποτε βακτήριο θα επιβιώσει από τη θεραπεία.
Τίποτα δεν είναι τέλειο
Παρά τις αρετές τους, οι PPMOs δεν έχουν ατέλειες. Για αρχάριους, η ομάδα του Geller έχει παρατηρήσει ότι τα βακτήρια εμφανίζουν αντοχή στο πεπτιδικό τμήμα του μορίου. Η ισχύς και η συχνότητα της αντίστασης διαφέρει πολύ με βάση το πεπτίδιο που χρησιμοποιείται.
Πέρα από το κυτταρικό επίπεδο, υπάρχουν και άλλα μειονεκτήματα. Ο Geller τονίζει ότι δεν είναι λύσεις ευρέος φάσματος. επειδή ένας PPMO έχει σχεδιαστεί για να στοχεύει ένα συγκεκριμένο γονίδιο, ένας γιατρός θα πρέπει να γνωρίζει την ακριβή ταλαιπωρία. Σε περιπτώσεις όπου ένας ασθενής έχει μια μακροχρόνια ασθένεια, όπως η φυματίωση, ένας γιατρός θα γνωρίζει ακριβώς τι πρέπει να στοχεύσει. Εάν ο γιατρός δεν είναι σίγουρος ποια είναι η αιτία της ασθένειας, το PPMO θα ήταν σχεδόν άχρηστο.
Τέλος, το έργο της Geller αντιμετωπίζει τους ίδιους περιορισμούς που κάνει οποιαδήποτε ιατρική έρευνα: χρόνος και χρήμα. Παρόλο που η ομάδα του μπορεί να παράγει PPMO γρήγορα, ο Geller επισημαίνει ότι το μόριο θα υπόκειται στην ίδια ρυθμιστική διαδικασία που πρέπει να περάσει οποιοδήποτε φάρμακο προτού χρησιμοποιηθεί σε ανθρώπους. «Χρειάζονται πολλά χρόνια για να δοκιμαστούν πραγματικά αυτές οι ενώσεις και να αναπτυχθούν για να γίνουν αποτελεσματικές και ασφαλείς, έτσι ώστε να μπορούν τελικά να δοκιμαστούν σε ανθρώπους», λέει. "Βρισκόμαστε ακόμα στο στάδιο της ανάπτυξης."
Η διαδικασία δοκιμών θα διαρκέσει όσο χρειάζεται, αλλά το σπαθί πάνω από τα κεφάλια μας κρέμεται όλο και πιο επισφαλώς. Η καταπολέμηση των σούπερ βακτηρίων δεν είναι καινούργια. Το μέτωπο της ανθρωπότητας υποχωρεί εδώ και χρόνια και ο εχθρός σέρνεται πάνω από τις πύλες. Θα χρειαστεί όλη η ευφυΐα του ιατρικού κόσμου για να σταματήσει η παλίρροια, και χωρίς συνετή λήψη αποφάσεων από πολιτικούς και την κοινωνία γενικότερα, ακόμη και αυτό μπορεί να μην είναι αρκετό.
