Naukowcy z Rockefeller University opracowali innowacyjną metodę, która może zrewolucjonizować projektowanie antybiotyków. Dzięki analizie DNA bakterii obecnych w środowisku – zwłaszcza w glebie – możliwe jest przewidywanie, jakie mechanizmy oporności mogą pojawić się w przyszłości. Takie podejście pozwala tworzyć leki, które będą skuteczne nawet wtedy, gdy nowe typy trafią do szpitali.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak nowa metoda pozwala przewidywać oporność bakterii na antybiotyki zanim trafią one do klinik.
- Dlaczego analiza genów bakterii środowiskowych może wydłużyć skuteczność nowych leków.
- Jakie mechanizmy oporności odkryto w badaniu nad albicydyną i co to oznacza dla przyszłych terapii.
Nowa broń przeciwko lekooporności
Bakterie oporne na wiele leków odpowiadają obecnie za około 5 mln zgonów rocznie na świecie. Rozwijają oporność szybciej, niż naukowcy są w stanie opracować skuteczne terapie. Tradycyjny model odkrywania antybiotyków – oparty na reagowaniu na już obecne w klinikach mechanizmy oporności – okazuje się niewystarczający.
Zespół badawczy z laboratorium Seana F. Brady’ego (Laboratory of Genetically Encoded Small Molecules) na Rockefeller University, kierowanym przez Jamesa Peeka, zaproponował nowatorskie podejście do przewidywania mechanizmów oporności na antybiotyki. Wykorzystuje ono metagenomikę – analizę materiału genetycznego bakterii obecnych w środowisku – jako „system wczesnego ostrzegania” przed przyszłymi zagrożeniami dla terapii antybiotykowej.
Źródło oporności z gleby
Bakterie środowiskowe – zwłaszcza te występujące w glebie – od milionów lat toczą „wojny chemiczne”, produkując antybiotyki i mechanizmy oporności. Okazuje się, że wiele genów, które dziś odpowiadają za oporność, miało swoje źródło właśnie w takich naturalnych populacjach. Przykładem są geny oporności na beta-laktamy, które krążyły w środowisku długo przed wprowadzeniem tych leków do użytku klinicznego.
Platforma predykcyjna oparta na albicydynie
W ramach badania opublikowanego w PNAS, naukowcy skupili się na albicydynie – obiecującym kandydacie na nowy antybiotyk. Z 3,5 terabazowym DNA bakterii glebowych (odpowiednik 700 tys. genomów) stworzono bibliotekę metagenomiczną, którą wprowadzono do bakterii E. coli. Następnie poddano je działaniu albicydyny, selekcjonując te, które przeżyły – a więc zawierały geny oporności.
W ten sposób zidentyfikowano 8 klas genów oporności i przeanalizowano mechanizmy ich działania. Co ważne, wiele z nich było zupełnie nowych – może to tłumaczyć, dlaczego dotychczasowy model predykcji zawodził.
Projektowanie antybiotyków odpornych na oporność
Kolejnym krokiem było sprawdzenie, jak różne naturalne warianty albicydyny radzą sobie wobec tych mechanizmów oporności. Okazało się, że niektóre z nich (np. wariant nazwany „kongener 10”) zachowują skuteczność nawet wobec najczęściej występujących typów odporności. Umożliwiło to wskazanie struktur chemicznych, które warto uwzględnić przy dalszym projektowaniu leków.
Zespół wykazał, że na podstawie danych z gleby możliwe jest tworzenie antybiotyków łączących cechy chroniące przed różnymi typami oporności, zanim w ogóle trafią one do ludzi.
Szybkość, skuteczność i nowy standard
Zaproponowana metoda jest szybka i może być łatwo wdrożona do obecnych procesów rozwoju leków. Naukowcy podkreślają, że warto, aby technika stała się standardem w pipeline’ach firm farmaceutycznych. Dzięki niej możliwe będzie nie tylko wydłużenie klinicznego „życia” antybiotyków, ale i redukcja kosztów oraz ryzyka inwestycyjnego związanego z nagłym pojawieniem się oporności.
W krótkim terminie zespół planuje zastosowanie platformy do kolejnych kandydatów opracowywanych w laboratorium Brady’ego. Długofalowo może to zmienić podejście do projektowania antybiotyków na poziomie globalnym.
Główne wnioski
- Nowa platforma badawcza pozwala wykrywać geny oporności zanim staną się klinicznym problemem. Wykorzystuje do tego metagenomikę bakterii środowiskowych, głównie glebowych.
- W badaniu zidentyfikowano 8 klas genów oporności na albicydynę – obiecujący kandydat na nowy antybiotyk – w tym mechanizmy dotąd nieznane.
- Odkrycie naturalnych wariantów albicydyny odpornych na te mechanizmy umożliwiło wskazanie struktur chemicznych, które warto uwzględniać w projektowaniu leków.
- Platforma może być szybko zintegrowana z pipeline’em firm farmaceutycznych, co pozwoli wydłużyć „życie kliniczne” nowych antybiotyków i zmniejszyć ryzyko inwestycyjne.
Źródło:
- Rockefeller University
