Pacijenti u teškoj zdravstvenoj situaciji dožiljavaju da ljekari isprobavaju različite antibiotike kako bi pronašli lijek koji će im pomoći. Postoje teškoće i da se identifikuje mikrob koji uzrokuje oboljenje.

Naučnici pokušavaju bolje da razumiju kako bakterije izbjegavaju lijekove, da razviju nove antibiotike i dijagnostikuju infekcije i otpornost mikroba efikasnije i dostupnije, piše Nature.

Projekat nazvan Pobjeda nad otpornošću na antibiotike putem transformativnih rješenja (DARTS) pokrenut je 2023. kao jedna od prvih velikih inicijativa Agencije za napredne istraživačke zdravstvene projekte SAD (ARPA-H).

Penicilin je otkriven prije skoro sto godina, a pratio ga je niz antibiotika dobijenih iz mikroba u tlu, naročito bakterija Actinomyces. Ti lijekovi su neko vrijeme pomagali ljudima da se izbore sa bakterijskim infekcijama. Međutim, izvor je uskoro počeo da presušuje – otkrivano je sve manje i manje jedinjenja. U isto vrijeme, bakterije su postajale otporne na postojeće lijekove.

Danas većina novih antibiotika predstavlja samo varijante poznate klase i mogu se upotrebljavati samo nekoliko godina do nastupanja otpornosti, što ograničava efikasnost lijekova i donosi finansijske gubitke farmaceutskim kompanijama koje ih razvijaju.

Hemijski biolog sa Hongkonškog univerziteta Hungdže Suen kaže da u njegovom djelu svijeta „očekujemo da će sljedeća pandemija možda biti kriza otpornosti na antibiotike“. Zaista, globalna kriza se već dešava. Oko 1,27 miliona smrtnih slučajeva širom svijeta u 2019. moglo bi se pripisati infekcijama otpornim na lijekove, što ih čini vodećim uzrokom smrtnosti. Stručnjaci procjenjuju da bi, do 2050, takve infekcije mogle ubijati čak 10 miliona ljudi svake godine.

Neki naučnici nastoje na proizvodnji novih antibiotika ili na ubrzavanju razvoja pomoćnih molekula u cilju boljeg djelovanja antibiotika, pomoću vještačke inteligencije (AI) i drugih strategija. Neki rade na usporavanju razvoja i širenja otpornosti na strani mikroba.

Istraživači su optimistični da bi mnogostrani pristup mogao pomoći u preokretanju toka događaja. Možda ulazimo u doba kad možemo pronaći nove antibiotike brže od razvoja otpornosti.

Prirodni proizvodi Mikrobi još imaju mnogo prirodnih antimikrobnih agenasa koje naučnici nisu iskoristili. Na primjer, istraživači koji proučavaju Actinomyces tragali su za antibioticima širokog spektra i možda su propustili molekule sa užim dejstvom.

Lajmska bolest, na primjer, obično se tretira antibioticima širokog spektra koji oštećuju zdrav mikrobiom i pospješuju otpornost.

Tragajući za agensima koji ubijaju isključivo bakteriju Borreliella burgdorferi, istraživači su ponovo otkrili lijek zvan higromicin A (totomicin). Taj lijek djeluje na ribozome, mašine za proizvodnju proteina u ćelijama. Rane probe su u toku.

Mikrobiolozi su takođe ranije tragali za antibioticima koje proizvodi manjina bakterija koje se mogu lako uzgojiti u laboratoriji, tako da ogroman broj agenasa vjerovatno nije pronađen.

Pomoću novog metoda uzgoja mikroba otkriven je antibiotik teiksobaktin. Ovaj lijek se veže za prekurzore zida bakterijske ćelije i sprečava sastavljanje. U toku su finalni testovi na životinjama. Osim toga, istraživači su razvili mikrofluidni sistem koji sadrži milione mikrokanala sa bakterijama, na uređaju od 2,5 kvadratnih centimetara.

Putem moćne automatske mikroskopije, mogu posmatrati kako se pojedini patogeni mikrobi razvijaju i dijele, i postaviti ih uz bakterije koje bi mogle proizvoditi antibiotike koji ih uništavaju.

Ova tehnologija bi mogla znatno smanjiti vrijeme potrebno da se identifikuju antibiotici za dalji razvoj.

Potencijal vještačke inteligencije Neki naučnici prepuštaju antimikrobni skrining vještačkoj inteligenciji. Mnogi proteini životinjskog porijekla imaju antimikrobnu aktivnost.

Vještačka inteligencija identifikuje kratke proteine, ili peptide, kod modernih i izumrlih ljudi, kao i drugih izumrlih životinja, uključujući vunastog mamuta i džinovskog jelena.

Možda će biti potrebno više vremena za razvoj otpornosti na antimikrobne peptide iz izumrlih organizama jer bi evolucioni pritisak dosad nestao, spekulišu naučnici.

Međutim, moglo bi biti teško pretvoriti peptide u prikladne lijekove zbog ogromne veličine molekula. Zato AI treba da pronađe male molekule sa antimikrobnim potencijalom. Istraživači koriste podatke iz eksperimenata u stvarnom životu sa antibioticima i mikrobima radi obučavanja svojih algoritama da predvide koji molekuli, od desetina miliona poznatih hemikalija, mogu da ubiju bakterije.

AI je daleko od savršenstva, ali je dovoljno dobra da suzi polje na samo stotine jedinjenja, koja naučnici mogu da testiraju u laboratoriji.
Ovaj pristup je doveo prvo do halicina, isprva smatranog tretmanom za dijabetes. Halicin utiče na kretanje protona širom mikrobnih membrana koje proizvode energiju. U laboratoriji su uspješno tretirani miševi inficirani bakterijom Acinetobacter baumannii, patogenom koji može inficirati pluća, rane, krv i urinarni trakt, kao i bakterijom Clostridioides difficile, koja izaziva infekcije debelog crijeva. AI je takođe otkrila jedinjenje abaucin, koje djeluje specifično na A. baumannii.

Istraživači sad prelaze sa prediktivne AI, koja razmatra izbor postojećih molekula, na generativnu AI, koja može da napravi nove, potencijalno korisne supstance.

Već su započeli sintezu i testiranje nekih. Pomoću AI, mogle bi se stvoriti klase antibiotika koje će povećati vrijeme potrebno za razvoj rezistencije na mnogo više od pet godina.

Kombinovane terapije Još jedna opcija je kombinovani pristup – napadanje mikroba sa više lijekova odjednom. To nije potpuno novo: ta tehnika se već koristi za obuzdavanje bakterije koja uzrokuje tuberkulozu.

Međutim, ima još mnogo potencijala za pronalaženje novih kombinacija. Dva lijeka bi mogla djelovati udruženo i njihovo sadejstvo bi čak moglo blokirati razvoj otpornosti na bilo koji od njih.

Koktel bi takođe mogao uključivati molekule koji sami ne ubijaju mikrobe, ali pomažu antibioticima da bolje djeluju. Jedan od načina koji najviše obećavaju jeste ometanje sposobnosti bakterija da komuniciraju ili da se grupišu.

Mikrobi udružuju snage radi lučenja ljepljivih biofilmova koji ih čine težim za ubijanje. Iako ometanje tog procesa možda neće potpuno ubiti mikrobe, može omogućiti antibioticima, ili čak imunskim ćelijama, da dođu do mikroba i eliminišu ih.

Otkriveno je da kempferol, jedinjenje koje se nalazi u jagodama, može blokirati biofilmove A. baumannii i učiniti mikrobe osjetljivim na inače nesmrtonosne doze antibiotika kolistina.

Imunska asistencija Novi antibiotici i pomoćni molekuli mogu ubrzati trku sa medicinske strane, ali istraživači takođe tragaju za načinima za usporavanje širenja otpornosti među mikrobima. Jedna mog ućnost je da se unaprijedi klinički tretman infekcije, tako da je uopšte potrebno manje antibiotika.

Imunosistem se uglavnom suočava sa patogenima bez pomoći. Bolest nastupa kad reakcija tijela, kao što je inflamacija, krene pogrešnim putem. To sugeriše da – ako bi mogli da „rekalibriraju“ imunski odgovor – ljekari bi mogli da obnove sposobnost tijela da izađe na kraj sa mikrobima. To je isti koncept kao prepisivanje steroida, koji obuzdavaju zapaljenje, za kovid-19.

Otkriveno je, na primjer, da kad ljudi dobiju upalu pluća nakon što su bili na respiratoru – njihova bijela krvna zrnca često imaju smanjenu sposobnost da progutaju mikrobe. Istraživači testiraju da li prirodni imunomodulator GM-CSF može da ojača ove fagocitne ćelije. Kod nekih individua može. Ako takvi tretmani dovedu do manje upotrebe antibiotika, takođe će smanjiti pritisak na mikrobe da razvijaju otpornost.

Efikasna dijagnostika Brza i tačna dijagnoza uzroka infekcije i identifikacija antibiotika na koji je osjetljiva mogla bi takođe smanjiti upotrebu antibiotika i usporiti evoluciju otpornosti.

Zapravo se veoma rijetko nailazi na organizme koji se uopšte ne mogu tretirati. Međutim, kad su ljudi vrlo bolesni i ljekari ne mogu da čekaju rezultate testova, prepisuju se antibiotici širokog spektra ili se pokušava sa više lijekova.

Upotreba lijekova koji nemaju efekta takođe može ubrzati razvoj otpornosti. Koristeći mikrofluidiku i mikroskopiju, DARTS je fokusiran na to kako individualni mikrobi izgledaju i kako reaguju na tretman.

Cilj je da se od uzorka krvi do dijagnoze i profila otpornosti dođe za manje od sat vremena. Istraživači smatraju da se to može uraditi za manje od deset minuta.

Slična tehnologija, razvijena u Švedskoj, dobila je u junu nagradu od 10 miliona dolara za demonstraciju da može u roku od oko 45 minuta otkriti da li je urinarna infekcija bakterijska ili virusna, i ako je bakterijska – koji antibiotik će najvjerovatnije imati efekta protiv nje.

Dijagnostika i imunomoduladori imaju potencijal da zaštite zdravlje ljudi dok naučnici uče da razvijaju nove antibiotike. Drugi pristupi, kao što su vakcine i tretmani na bazi faga – virusa koji napadaju mikrobe – takođe su u procesu razvoja.

„Jedan pristup nam sad nije dovoljan. Potrebno nam je više od 10 pristupa, više od 100 pristupa“, kaže mikrobiolog sa Teksaskog univerziteta u Ostinu.