Време е да приемем истината – златната ера на антибиотиците свърши!
Човечеството се намира в непрестанна борба с бактериите, които несъмнено могат да ни избият, само че от десетилетия антибиотиците са единствените ни оръжия против тях. Те преобразиха медицината през 20-ти век, а дружно с имунизациите доведоха до съвсем сигурното заличаване на някои инфекциозни болести в развиващия се свят.
Но макар невероятният триумф на антибиотиците, някои резистентни бактерии постепенно печелят войната. Всяка година от ден на ден хора умират от резистентни към антибиотици бактерии, което ни приближава до дните преди появяването на пеницилина. Ефективността им и лесният достъп докара до свръх потребление, изключително в областта на отглеждането на животни. Това накара Световната здравна организация да класифицира антибиотичната устойчивост като
Отговорността за тази обстановка е споделена сред доста участници: лекари ; пациенти , които желаят антибиотик срещу грип; държавните управления, които не подтикват изследванията на нови класове антибиотици; фармацевтичните компании , които търсят просто облага.
Но не е от голяма важност кой тъкмо е отговорен, тъй като бяхме обречени да ни сполети актуалната обстановка. Когато задачата е да убием организъм, устойчивостта, опълчването са неизбежни. Така работи природата – натурален тим . В този случай антибиотиците убиват всички чувствителни бактерии, само че няколко резистентни към медикамента оцеляват и вероятно се развъждат. Привидно унищоженият проблем се завръща по-силен от преди.
Така животът дава отговор към стресови фактори . Той се приспособява . Този феномен е изтъкнат и в растителното царство. Нека погледнем към дебата по отношение на резистентните към хербициди бурени. Без значение дали земеделец ще употребява органични хербициди, стандартно отгледали култури или модифицирани, резистентни към глифозат сортове, мутантните бурени оцеляват, приспособяват се и основават супер семена. Това е законът на природата. Да, можем да сменим хербицидите или да създадем нови, само че процесът ще стартира още веднъж и още веднъж. Това се отнася и за антибиотиците.
В този ред на мисли термини от сорта „ супер бактерии “ или „ супер бурени “ са неточни, тъй като тези организми не са специфични по никакъв метод. Те вършат тъкмо това, което природата им е отредила.
Това, което изправя антибиотиците пред тестване е, че бактериите наподобява могат да развият устойчивост доста по-бързо от който и да е различен организъм. Конюгацията (полов развой при бактериите) разрешава на микроорганизмите да споделят гените си за устойчивост освен с членове на същия тип, само че и сред човеци от разнообразни типове, даже сред грам позитивни и грам негативни. Това се назовава водоравен генетичен трансфер и разрешава да се популяризират белези, които носят преимущество, сред човеци от едно потомство. Освен това има доказателства, че в условия на наближаваща съдбовна опасност бактериите форсират честотата на мутиране, с цел да се опитат да придобият устойчивост към приближаващата заплаха.
Време е да преминем оттатък ерата на антибиотиците.
Фагова терапия
Това, от което имаме потребност във войната срещу микробите са сътрудници, които са ефикасни, само че и по-видово характерни. Една от изучаваните тактики е да се употребява естествения им зложелател – фаги (вируси). С други думи –
Вирусите не инфектират единствено хора, в действителност всеки тип има избран брой вируси, които могат да го инфектират. Учените назовават бактериофаг всеки вирус, който инфектира бактерия. Подобно на човешките вируси, фагите получават надзор над вътрешността и всички молекулни „ машини “ в бактерията. Целта е да се основат голям брой нови вирусни копия. В избран миг броят на вирусните копия карат клетката да се раздра и да освободи голям брой вирулентни единици, които да инфектират други бактериални кафези. Другият вид е от време на време обособяване на вирусни частици без заличаване на клетката.
Този развой може да се манипулира за задачите на хората. Работата с фаги датира от времената на Студената война . Докато Съединени американски щати са изследвали антибиотици, Съюз на съветските социалистически републики са развивали това, което в този момент е познато като „ фагова терапия “ . В някои от някогашните руски републики тази терапия към момента се употребява.
Едно от главните преимущества на този способ на лекуване е, че фагите са високо характерни и не инфектират човешки кафези или други бактериални типове. В по-голяма част от случаите бактериофаг, който нападна кафези на E. coli няма да инфектира други типове, като коменсалните Staphylococcus . Има даже доказателства, че фагите имат специфика към варианти, което значи, че можем да създадем бактериофаг, който преференциално ще инфектира рискови варианти E. coli, до момента в който остава непокътнати непатогенни представители (1).
Друго преимущество е, че вирусите се самовъзпроизвеждат. Един фаг, който инфектира единична клетка ще продуцира хиляди нови копия, които ще убият още повече бактерии. Има прочут проблем. Вирусите ще доведат до скъсване на бактериалните кафези, което би могло да освободи интрацелуларни отрови (ензими или липидни комплекси), което да докара до сепсис .
Но откривателите към този момент работят по решение на този проблем. В MIT (2) са основали „ фагмиди “ – инженерни фаги, които носят плазмиди, а не цялостен геном. Плазмидите са дребни фрагменти кръгова ДНК, която носи дребен брой гени, които кодират вирулентни фактори и/или носят гени за антибиотична устойчивост. Когато бактериите пристъпят към конюгация, стартират да си предават точно плазмиди. При фагмидите плазмидът води до убиването на бактериалната клетка, само че без да последва лизис – скъсване. Липсата на лизис значи, че вътрешните отрови няма да се освободят в тялото. Вече има следен триумф при лекуването на мишки.
CRISPR-CAS9
Редактирането на гени посредством CRISPR-CAS9 също може да се употребява за битка с бактериите. Ако бактериите оцелеят след зараза с фаг, те резервират дребна част от вирусния геном. Бактериите в следствие експресират (синтезират) тези дребни фрагменти като РНК секвенции, които са комплементарни на части от фаговия геном. В клетката тези ДНК секвенции се асоциират с ДНК режещ протеин (CAS9), който реже фаговия геном, което го инактивира.
Но любопитното при CRISPR-CAS9 е, че могат да бъдат основани всевъзможни РНК секвенции даже такива, които са комплементарни с гените за антибиотична устойчивост. Група от Университета в Тел Авив са създали CRISPR-CAS9 система, която се прицелва в бета-лактамазния ген . Този ген продуцира ензим, който инактивира необятен набор от антибиотици – пеницилин, цефамицин, карбапенеми (3).
CRISPR секвенцията и CAS9 протеинът ще бъдат доставени в бактериите посредством модифициран фаг, а техниката е ефикасна за прицелване на хромозомни и плазмидни гени. До този миг техниката е употребена за унищожаване на устойчивостта на бактериите към елементарни антибиотици, само че не е отвън границите на вероятното системата да се употребява за унищожаване на значими бактериални гени, което би трансформирало техниката в бактерицидна.
Използването на фаги , фагмиди и CRISPR ни дава по-сложни и ориентирани способи за лекуване на инфекции. Но тези способи не би трябвало да се считат като вълшебен патрон, тъй като точно по този метод стигнахм
е до актуалната обстановка с антибиотиците. Резистентност към тези техники ще настъпи. Неизбежно тези организми ще се приспособяват.
Резистентност към CRISPR-CAS9 към този момент е документирана при някои типове. Бактериите също ще развият CRISPR-CAS9 системи с памет, които ще се преборят с инженерните фаги. Това не е причина да загърбим тази технология. Така ще научим по какъв начин бактериите ще реагират и ще се приспособяват към методите ни. Ще можем да използваме тази информация за контраофанзива.
Един метод да избегнем (макар за малко) появяването на устойчивост е да създадем голям брой бактериофаги, които са изцяло разнообразни генетично един от различен (множество фаги с разнообразни таргетни секвенции) и да използваме този коктейл за лекуване на пациенти. Шансовете бактериите да развият устойчивост към един фаг са огромни, само че възможностите да развият по едно и също време устойчивост към голям брой фагови варианта по време на инфекцията е дребен. Но в случай че това се случи, резистентният вариант към този момент ще може да се назова „ супер бактерия “ .
2) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b01943
3) http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/42992/title/Targeting-Antibiotic-Resistant-Bacteria-with-CRISPR-and-Phages/
