De medikamenter, der har beskyttet os mod de allestedsnærværende bakterier i mere end 70 år, mister langsomt deres greb, og vi har brug for et nyt våben til bekæmpelse af infektioner. Sygdomsfremkaldende bakterier bliver immun mod antibiotika, der engang dræbte dem, endda mod medicin, der engang blev betragtet som den sidste forsvarslinje.
Antibiotikumresistente (antibiotikaresistente) bakterier dræber cirka en procent af de mennesker, de inficerer, selv i udviklede lande. Og hvis dette ignoreres, dræber de fem gange flere mennesker hvert år.
”Mange ting, som vi tager for givet i øjeblikket, som en kejsersnit, eller hofteudskiftning eller organtransplantationer uden antibiotika, bliver meget vanskelige,” siger François Franceschi, programleder for terapeutisk udvikling i bakteriologi og mykologiafdelingen ved National Institute of Allergy and infektionssygdomme.
Mennesker med svækket immunforsvar er især sårbare, men i den post-antibiotiske verden vil alle uden undtagelse være i fare.
”Folk siger, at i den post-antibiotiske æra vil antibiotika ikke længere være i stand til at hjælpe os med selv den mindste ridse,” siger Cesar de la Fuente, en bioingeniør ved Massachusetts Institute of Technology.
For at bekæmpe resistente bakterier henvender vi os til nye allierede, såsom vira, der kun angriber bakterier; nanopartikler og små proteiner produceret af immunsystemerne i forskellige organismer. Hvert værktøj har sine egne fordele og ulemper, og derfor studerer forskere en række forskellige tilgange.
”Mange mennesker i marken leder i øjeblikket efter alternative strategier, der kan tilføjes til vores arsenal,” siger Timothy Lu, også hos MIT. "Det er ikke sådan, at hver af dem forsøger at opfinde deres egen sølvkugle, der redder os fra bakterier resten af vores liv, men snarere studerer problemet fra forskellige vinkler."
Salgsfremmende video:
Her er nogle måder, vi kan hjælpe os med at håndtere uønskede bakterier.
Frakobl de indtrængende
Bakterier behøver ikke altid at blive dræbt for at neutralisere. Nogle behandlinger er målrettet mod bakterier indirekte ved at fratage dem deres våben. Bakterien vil være på plads, men konsekvenserne af infektion vil ikke være alvorlige, og immunforsvaret har en chance for at bekæmpe infektionen på egen hånd.
Hvis dit stof faktisk ikke dræber bakterier, vil de have mindre incitament til at opbygge modstand mod det. Det vil tage længere tid for resistens at udvikle sig, fordi bakterierne ikke aktivt bekæmper stoffet, siger Franceschi.
Mange bakterier frigiver toksiner, der beskadiger værtsceller. En af de mest almindelige typer toksiner kaldes poredannende, som punkterer huller i celler. Det er isoleret med methicillinresistent Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria, miltbrandbakterier og gift fra slanger, skorpioner og havanemoner.
Liangfang Zhang var klar over, hvordan man fjerner disse toksiner.”Du fjerner våbenne, og de bliver meget svagere,” siger Zhang, en nanoengineer ved University of California, San Diego. Det overtrækker nanopartiklerne med et sødt mål - membraner, der består af røde blodlegemer. De røde blodlegemer fungerer som en lokkefugle, der suger ind toksin, der ellers ville angribe sunde celler.”Det er som en svamp, der suger toksiner ud,” forklarer Zhang.
I sin første undersøgelse viste han, at nanosvampe absorberede toksiner uden at skade mus. Zhangs arbejde med nanopartikler som lokkedyr i år var et af 24 projekter til at modtage finansiering fra National Institute of Health. Han håber at starte kliniske forsøg på mennesker allerede i næste år.
Nanopartikler, der ofte er fremstillet af plast eller metaller såsom sølv, kan også svække bakterier ved at ødelægge deres beskyttende cellemembraner eller forårsage DNA-skader. Nanopartikler er lette at arbejde med, fordi de bygger sig selv.”Du styrer temperaturen, opløsningsmidlet og alt andet, og disse molekyler samles i en nanopartikel,” siger Zhang.
Nanopartikler kan være dyrere end traditionelle antibiotika. Og at få dem til det rigtige sted i kroppen kan også være en udfordring. En anden udfordring er at sikre, at nanopartiklerne er lavet af materialer, der ikke fremkalder en umiddelbar immunrespons, og vil bryde sammen med tiden, så de ikke bygger sig op i kroppen.
Der er stadig spørgsmål til den langsigtede sikkerhed af nogle af disse ting, siger Lou.
Speciel levering
Alternative behandlinger kan anvendes til at gøre eksisterende antibiotika mere effektive. For eksempel studerer forskere nu, hvordan nanopartikler kunne bruges til at levere anti-kræftmedicin og antibiotika.
Antibiotika er fordelt over hele kroppen og er giftige i høje doser. Ved hjælp af nanopartikler kunne der frigøres koncentrerede doser medikamenter. Tusinder af medikamentmolekyler kunne skyves inde i en enkelt nanopartikel.
”De kan nemt bare fastgøre på membranen og gradvist frigive lægemidlerne direkte på bakterien,” siger Zhang. Følgelig kunne en mere effektiv belastning målrettes mere nøjagtigt uden at øge den samlede dosis af lægemidlet. På denne måde kunne mekanismen for bakteriel resistens undertrykkes - de ville simpelthen ikke udvikle resistens mod punktvirkende antibiotika.
Problemet med nanopartikler, som mange andre værktøjer, er, at immunsystemet ser dem som en trussel.”De svarer meget til vira i størrelse. Vores krop vil lære at forsvare sig mod disse nanopartikler eller vira, hvis du ikke beskytter dem."
Zhang og hans kolleger har kamuflerede nanopartikler i jakker fremstillet af blodplademembraner, cellerne, der hjælper blodpropp. Fra siden ligner nanopartiklerne disse miniature blodlegemer. Nogle bakterier tiltrækkes af blodplader - med deres hjælp maskeres de fra immunsystemet. Blodpladerbelagte nanopartikler kunne spille to gange og rekruttere indtrængende til at detonere dem med et stof.
Alle nanopartikler frigiver medicin i nærværelse af bakterier, siger Zhang. Ved hjælp af blodpladeovertrukne partikler har han allerede helbredet mus inficeret med den multi-antibiotikaresistente stamme af MRSA.
Direkte angreb
Nogle gange hjælper dog ikke halvt mål. Der er alternativer til traditionelle antibiotika, der kan dræbe bakterier. En strategi er at skabe kunstige versioner af antimikrobielle peptider (AMP'er), som er en del af den medfødte immunrespons i mikrober, planter og dyr (som de tasmanske djæver). Disse komponenter angriber patogens membran og udleder ødelæggelse i cellen.
Som en del af et nyligt projekt arbejdede de la Fuente sammen med Lou og andre for at vælge en ikke-giftig AMP, der findes i enkle havdyr kaldet tunicates. Forskerne tilføjede adskillige aminosyrer til den grundlæggende indstilling, hvilket forbedrede dens evne til at behandle mus inficeret med antibiotikaresistente stammer af E. coli eller MRSA. Befæstede AMP styrker også gnaverens immunsystem, reducerer betændelse og opfordrer til hjælp i form af hvide blodlegemer.
Antimikrobielle peptider kan besejre en lang række patogener, og bakterier har svært ved at udvikle resistens mod dem.”Sammenlignet med konventionelle antibiotika er disse peptider mere effektive i mange tilfælde,” siger de la Fuente.
AMP'er består af relativt korte kæder af aminosyrer, byggestenene til protein. Derfor er de ganske enkle (skønt dyre) at bygge.”Vi har endnu ikke reduceret omkostningerne,” siger de la Fuente. Forskere undersøger måder at gøre AMP'er billigere ved at programmere mikrober, så de ikke stoler på en maskine og lader mikroberne gøre det selv.
Ikke desto mindre er der bekymring for, at AMP kan angribe værtens celler. Og som med mange antibiotiske alternativer, kan det være en udfordring at sende peptider til det rette sted i en høj nok koncentration til at forblive effektive. På kort sigt er lokal anvendelse mere sandsynlig, sagde de la Fuente. Disse peptider kunne for eksempel inkorporeres i en creme, der kunne påføres et åbent sår eller på stedet for en infektion på huden. De kunne også bruges til at dække borde, computere, kirurgiske instrumenter eller katetre for at forhindre bakterier i at kolonisere dem.
Re-sensibilisering
En anden måde at svække bakterier på er at befri dem for den resistens, de har udviklet over for antibiotika. Til sådanne missioner kan der anvendes vira, der er specialiserede i at spise bakterier, bakteriofager.
Bakteriofager er ekstremt effektive killere af bakterier, men gennem genteknologi kunne forskere give dem nye evner, herunder gendanne bakteriers følsomhed over for traditionelle lægemidler.
Omprogrammerede bakteriofager kan blive besat af bakterier, der bærer gener, der giver antibiotikaresistens, fjerner denne evne eller dræber bakterier. Når de resistente mikrober ødelægges eller gøres uskadelige, vil den resterende befolkning være sårbar over for antibiotika.
En anden metode, der tillader bakterier at modstå antibiotika, er ved at udskille forbindelser, der skaber en biofilm, gennem hvilket medikamentet ikke kan trænge igennem. Det er muligt at skabe bakteriofager, der spiser biofilm.
I naturen kan bakteriofager direkte dræbe bakterier. Nogle af dem sætter deres DNA i bakterier, og for at frigøre sig spiser de simpelthen gennem cellevæggen og sprænger cellen, siger Lu. Andre fungerer som parasitter.
Bakteriofager blev opdaget for omkring hundrede år siden. Antibiotika har erstattet dem i USA, men de bruges fortsat i Rusland og i nogle østeuropæiske lande. Efterhånden som antibiotikaresistente bakterier vokser, vender forskere igen til bakteriofager - de er lige så effektive til behandling af mennesker, lige kliniske forsøg har endnu ikke bekræftet dette.
En af fordelene ved disse vira er, at de kan replikere sig selv. Du kan kun lægge en lille mængde og dræbe mange bakterier. Og da de har brug for levende celler for at reproducere, vil de stoppe med at reproducere, så snart alle værtens celler ødelægges.
Som andre alternativer kan bakteriofager imidlertid udløse en immunsystemrespons.”Hvis du injicerer virus eller fremmed peptid i den menneskelige krop, er der altid en chance for, at der kommer en reaktion,” siger Lu. En anden bekymring er, at nogle fager kan opsamle gener, der er forbundet med antibiotikaresistens og overføre dem til andre bakterier.
Men det er usandsynligt, at det skader menneskeligt væv. Bakteriofager formerer sig ikke i humane celler. Vi har en masse bakteriofager inde i os - det er svært at sige, at de er fremmede for os.
Personlig kontakt
Flere alternative behandlinger kunne skræddersys til at målrette mod specifikke bakterier. Også her er bakteriofager ideelle kandidater.”De er i det væsentlige bakteriens naturlige fjende,” siger Lu. Normalt, "hvis du finder bakterier, finder du også bakteriofager."
Traditionelle antibiotika dræber ofte ukritisk bakterier - også i vores krops naturlige mikrobiome, som spiller en vigtig rolle i vores helbred. Det er tæppebombning, der dræber alt sammen.
Viraer tilbyder en mere personlig tilgang.”Du kan prøve at holde de gode bakterier, mens du dræber de dårlige bakterier,” siger Lu.
Denne specificitet er imidlertid også et dobbeltkantet sværd. For at dække et tilstrækkeligt antal forskellige bakterier, der kan inficere en patient, skal mange vira blandes i cocktail. Selvom bakteriofager ikke er meget dyre at dyrke, er cocktails af en række vira en anden sag helt.
Lu arbejder med cocktails af bakteriofager bygget på sikre skove. Ved at bestemme det område, som bakteriofagerne skal inficere, kan du angribe forskellige bakterier, rette bakteriofagerne i forskellige retninger. Det gjenstår kun at finde ud af, hvordan man gør det.
Det er som det er, det er vanskeligt at skabe et effektivt lægemiddel uden at vide, hvad der forårsager infektionen. Hvis du går til din læge, vil han ikke være i stand til at give dig behandling med smalspektret, hvis han ikke ved, hvad bakterier der generer dig.
Læger har brug for hurtigere diagnostiske metoder, så de kan finde ud af typen af bakterie, og hvor resistente de er over for traditionelle antibiotika. Lu og hans kolleger arbejder på at skabe hurtig, billig diagnosticering. Når de inficerer deres målbakterier, lyser de op med det samme protein, som ildfluer bruger. Giv bare bakteriofagprøven til patienten, og "du kan se, om prøven glødende eller ej, bakterier er til stede i den eller ikke," siger Lu.
Bredt arsenal
Dette er ikke alle våben, vi tilføjer til vores arsenal. Forskere undersøger andre muligheder, som at sende andre bakterier til at bekæmpe patogener, finde nye antibiotika og bruge antistoffer og mere.
”Du kan næppe stole på en metode eller en teknologi til at udrydde hele problemet,” siger Zhang. At studere superbugs fra forskellige vinkler, kombinere nye taktikker og traditionelle behandlingsmetoder, vil udvide vores arsenal.
Det vil tage flere år, før nye instrumenter godkendes til udbredt brug. Og i et stykke tid vil alternative antimikrobielle metoder kun blive brugt, når antibiotika ikke længere fungerer. Billigheden og effektiviteten af antibiotika er hovedårsagen til, at de er svære at afvise. Men i det lange løb vil dette være den eneste mulighed.
ILYA KHEL