Odporność na antybiotyki: naukowcy „trenują komórki”, aby zakończyć śmiertelny kryzys

Odporne na leki superbakterie zagrażają zdrowiu ludzkiemu od dziesięcioleci. Sytuacja pogarsza się z powodu braku nowych antybiotyków. Ale co, jeśli zmienimy sposób, w jaki zamierzamy je leczyć, i wyszkoliliśmy nasze komórki, aby zabijały tych najeźdźców, zamiast polegać na antybiotykach, aby wykonać brudną robotę? Ta nowa strategia, zwana obroną ukierunkowaną na gospodarza, może pomóc w rozwiązaniu problemu oporności na antybiotyki.

Oporność na antybiotyki jest coraz większym problemem dla zdrowia na świecie. Niedawny raport zlecony przez rząd brytyjski pokazuje, że każdego roku na całym świecie około 700 000 osób zmarło z powodu zakażeń wywołanych przez bakterie lekooporne. Raport ostrzegł także, że bez działań liczba ofiar śmiertelnych może wzrosnąć do 10 milionów na całym świecie i kosztować 80 bilionów dolarów światowej gospodarki.

Zobacz też: Odporne na antybiotyki bakterie mogą zostać zatrzymane przez starożytne irlandzkie środki ludowe

Oporność na leki jest również poważnym problemem w Stanach Zjednoczonych. Ponad 23 000 ludzi umiera każdego roku z powodu patogenów opornych na wiele leków i kosztuje kraj około 55 miliardów dolarów rocznie. Główni sprawcy grożący Stanom Zjednoczonym są odporni na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA), odporny na karbapenemy Enterobacteriaceae (CRE) i Clostridium difficile.

Niedobór nowych leków przeciwbakteryjnych w opracowywaniu, aby stawić czoła rosnącemu zagrożeniu, jest niepokojącym trendem. Szczególnym problemem jest patogen odporny na lek zarezerwowany do leczenia zakażeń, gdy wszystkie inne zawiodły. Tak jest w przypadku patogenów opornych na karbapenemy.

Zmniejszenie liczby leków przeciwbakteryjnych w połączeniu z pojawieniem się patogenów lekoopornych wymaga alternatywnych metod.

W laboratorium Malay Haldar wraz z innymi projektami, moi koledzy i ja badamy, jak czynniki u gospodarza zwierzęcego odgrywają rolę w odpowiedzi na infekcje. Aby przetestować to podejście, wykonujemy tę pracę przy użyciu mysiego modelu infekcji. Naszym celem jest znalezienie nowych cech lub czynników gospodarza, które mogą być ukierunkowane, aby zwiększyć indywidualną odpowiedź immunologiczną na tyle, by zabić obrażające drobnoustroje. Czynnik gospodarza, który badamy, nazywany jest Spi-C, genem znajdowanym w każdej komórce ludzkiego ciała.

Kierowanie na czynniki gospodarza

Moje zainteresowanie czynnikami gospodarza powstało podczas moich studiów magisterskich. Podczas pracy nad moim doktoratem projekt badawczy, dowiedziałem się, że czynniki gospodarza, różne cechy charakterystyczne dla człowieka, odgrywają znaczącą rolę w zakażeniach bakteryjnych. Zainspirowało mnie to do zbadania, w jaki sposób układ odpornościowy gospodarza zwalcza bakterie.

Nowe spojrzenie na obronę gospodarza przed patogenami skłoniło naukowców do zbadania nowej strategii zwanej terapią ukierunkowaną na gospodarza (HDT), stosunkowo niedawnej idei, która istnieje tylko od około dziesięciu lat.

Celem HDT jest wzmocnienie i wzmocnienie odpowiedzi immunologicznej gospodarza na zabijanie patogenów, zamiast polegania wyłącznie na lekach przeciwbakteryjnych. Kierując się na czynniki gospodarza, jak również zapewniając leczenie antybiotykami, HDT dostarczają podwójnego efektu.

Ciało naturalnie reaguje na infekcje zapaleniem, proces, w którym określone populacje komórek odpornościowych atakują i zabijają inwazyjne bakterie, jedząc je lub niszcząc je białkową bronią. Jednak niekontrolowane zapalenie wywołuje produkcję białek, które mogą powodować niewydolność wielonarządową, a nawet mogą zabić gospodarza. Dlatego kontrolowanie stanu zapalnego ma kluczowe znaczenie w zwalczaniu patogenów, a także w ochronie organizmu przed stanem zapalnym.

HDT zawierają zestaw zabiegów, które zwiększają reakcję gospodarza na patogeny, a także chronią gospodarza przed nadmierną odpowiedzią immunologiczną. HDT obejmują terapię komórkową, w której specyficzna populacja komórek szpiku kostnego jest wstrzykiwana do organizmu gospodarza, aby zapobiec nadmiernej odpowiedzi immunologicznej i uszkodzeniu tkanki. Inny HDT obejmuje powszechnie stosowane leki na choroby niezakaźne. Na przykład statyny i ibuprofen uspokajają reakcję gospodarza na infekcje. Biologie, złożone molekularne leki wytwarzane za pomocą technologii rekombinacji DNA, robią to również poprzez neutralizację białek o małych rozmiarach i zmniejszenie uszkodzeń tkanek. Wykazano, że produkty odżywcze, takie jak witamina D3, powodują, że komórki odpornościowe gospodarza uwalniają substancje przeciwbakteryjne, które zwiększają zabijanie patogenów.

HDT w połączeniu z lekami przeciwbakteryjnymi okazują się bardzo obiecujące w leczeniu różnych patogenów opornych na wiele leków, w szczególności przeciwko Prątek gruźlicy, patogen wywołujący gruźlicę, jeden z 10 najważniejszych przyczyn zgonów na świecie.

Personalizacja zabiegów infekcji

W ostatniej dekadzie naukowcy poczynili znaczne postępy w badaniach nad czynnikiem gospodarza, co doprowadziło do nowych strategii terapeutycznych.

Jednym z nich jest spersonalizowana medycyna, w której plan genomiczny może określić wyjątkową podatność danej osoby na choroby i wybrać odpowiednie terapie.

Koncepcja ta jest stosowana w chorobach niezakaźnych, takich jak rak. Jednak zastosowanie tej koncepcji w chorobie zakaźnej jest bardzo niedawne. Niemniej jednak spersonalizowana medycyna prowadzi nas do spekulacji, dlaczego niektóre osoby są bardziej podatne na infekcje niż inne. Moi koledzy i ja uważam, że takie różnice mogą być spowodowane subtelnymi różnicami w DNA genów czynnika gospodarza. Łącząc te różnice, zwane polimorfizmami, z poziomem podatności osób na infekcje, mamy nadzieję, że nasze badania przyczynią się do precyzyjnego leczenia zakażeń bakteryjnych.

Nasze poszukiwania nowego czynnika gospodarza

Moi koledzy z laboratorium Haldar i ja badamy rolę Spi-C w infekcji bakteryjnej. Spi-C jest niezbędny do rozwoju określonego typu populacji komórek śledziony, które regulują magazynowanie żelaza w organizmie. Żelazo jest niezbędne do transportu tlenu w krwinkach czerwonych.

Ale podczas infekcji bakterie wymagają żelaza. Potrzebują go do rozwoju i konkurują z gospodarzem, aby go zdobyć. Stąd, gdybyśmy mogli zmienić aktywność genu Spi-C, moglibyśmy pozbawić bakterie tego istotnego składnika odżywczego, a tym samym zatrzymać infekcje bez szkody dla gospodarza.

W ostatnim artykule podsumowaliśmy wpływ żelaza w komórkach gospodarza i jego interakcje z czynnikami gospodarza w obecności lub braku infekcji.

U myszy testowaliśmy rolę czynnika gospodarza, Spi-C, jako sposobu obrony gospodarza. W tym badaniu wstrzyknęliśmy do myszy substancję chemiczną, która jest składnikiem bakterii. Chcieliśmy wywołać zmiany zachodzące u zwierzęcia podczas prawdziwej infekcji bakteryjnej.

Zobacz także: „Nightmare Bacteria”: co musisz wiedzieć o antybiotykoopornych zarazkach

Nasze wstępne wyniki wykazały, że czynnik gospodarza jest aktywny w różnych narządach myszy leczonych substancją chemiczną. Wierzymy, że ta aktywacja odgrywa rolę w obronie gospodarza. I rzeczywiście odkryliśmy, że utrata aktywności Spi-C zwiększa uwalnianie białek o małych rozmiarach, które ułatwiają obronę gospodarza przed patogenami w porównaniu z komórkami, które mają normalną aktywność Spi-C. Uważamy, że ta zmiana w białkach o małych rozmiarach może chronić gospodarza przed hiperinfekcji w odpowiedzi na infekcję.

Wierzymy, że przeniesienie naszego myślenia z terapii ukierunkowanej na patogeny na terapię ukierunkowaną na gospodarza wprowadza nową drogę medycyny precyzyjnej, która może pomóc zakończyć kryzys odporności na narkotyki.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Zahidul Alam. Przeczytaj oryginalny artykuł.