Naukowe polowanie na bakterie MRSA

Marek Mejssner

opublikowano: 04-02-2015, 00:00

Ten artykuł czytasz w ramach płatnej subskrypcji. Twoja prenumerata jest aktywna

Bakterie metycylinooporne (ang. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA) oraz grupa bakterii antybiotykoopornych stanowią obecnie jedno z największych zagrożeń w lecznictwie zamkniętym. Problem w tym, że zagrożenie to powoli — jak dowodzą tego przypadki chorobowe z Wielkiej Brytanii i Francji — przedostaje się do lecznictwa otwartego.

Walka z tego typu bakteriami jest bardzo trudna ze względu na skalę oporności na antybiotyki dostępne na rynku. Toteż na świecie około 200 ekip naukowych (w większości międzynarodowych, choć ponad połowę stanowią ekipy badaczy i klinicystów chińskich) zajmuje się obecnie badaniami nad substancjami, które można by użyć do eradykacji bakterii antybiotykoopornych. W badaniach tych dokonano w 2014 roku znaczącego postępu i jak się wydaje, zwalczanie bakterii MRSA i pokrewnych w ciągu kilku lat przestanie być istotnym problemem. Zespoły badawcze osiągnęły ten postęp stosując kilka różnych rozwiązań.

Oksadiazole blokują białko PBP2a

Pierwszym z nich jest screening, czyli przesiew substancji o działaniu antybiotycznym, wyizolowanych z bakterii glebowych. Dotąd były one bardzo trudne w utrzymaniu i hodowlach, w ciągu ostatnich 5 lat udało się jednak osiągnąć znaczny postęp w utrzymaniu ich w stanie aktywnym w warunkach zbliżonych do naturalnych. W ten sposób ze szczepu bakterii Eleftheria terrae udało się międzynarodowemu zespołowi badawczemu, pracującemu pod kierownictwem prof. Kima Lewisa, wyizolować najbardziej jak dotąd obiecującą substancję antybiotyczną — teiksobaktynę. Działa ona praktycznie na wszystkie bakterie zarówno Gram+, jak i Gram-, posiadające i nieposiadające oporności na klasyczne antybiotyki.

Prof. dr hab. n. med. Karina Jahnz-Różyk, kierownik Zakładu Immunologii i Alergologii Klinicznej Wojskowego Instytutu Medycznego
Jacek Barcz

Z kolei zespół naukowców z University of Notre Dame, kierowany przez prof. Mayland Chang i prof. Shahriara Mobashery, dokonując analizy substancji pochodzących z bakterii glebowych oraz możliwych połączeń między nimi, odkrył drogą symulacji komputerowych nową kategorię substancji antybiotycznych — oksadiazole. Pod względem chemicznym są to aromatyczne związki organiczne o budowie pierścieniowej, o wzorze sumarycznym C2H2N2O. Znane są ich cztery izomery, przy czym najbardziej obiecujący z nich wydaje się obecnie 1,2,5-oksadiazol, znany pod nazwą furazanu.

Mechanizm działania oksadiazoli jest dość prosty. Dezaktywują one białko PBP2a, tj. jedno z najważniejszych białek, które wiąże penicylinę (Penicillin Binding Proteins, PBP). Białka PBP to enzymy, które pozwalają na taką syntezę ścian bakterii, iż staje się ona MRSA i zachowuje oporność na inne typy antybiotyków. Prowadzone pod koniec 2014 roku badania udowodniły, że najszybciej i najlepiej blokuje PBP furazan, przy czym wykazuje on taką samą aktywność wobec wszystkich białek PBP, także o zmodyfikowanej strukturze. Oksadiazole zachowują efekt antybiotyczny nawet przy podawaniu doustnym, a więc jest to jak dotąd jedyna grupa tego typu substancji (wyjąwszy teiksobaktynę), która zachowuje pełny efekt antybiotyczny w podaniu oralnym.

Według prof. Mobashery i prof. Chang, właśnie taki efekt oksadiazoli jest bardzo istotny, bowiem ułatwia w dużym stopniu testy in vivo oraz umożliwia przyspieszenie badań klinicznych. Trwają obecnie testy in vivo furazanu oraz prace nad zbadaniem właściwości dwóch następnych czynnych izomerów z tej grupy. Ze względu na możliwość podania doustnego, pierwszych testów klinicznych nowych antybiotyków z grupy oksadiazoli należy się spodziewać za ok. 2 lata.

Sztuczne lipidy unieszkodliwią toksyny

Zupełnie inną drogę — inżynierii nanocząsteczkowej — wybrał zespół z Universität Bern, pracujący pod kierownictwem prof. Eduarda Babiychuka i prof. Annette Draeger. Naukowcy wytworzyli sztuczne nanocząstki lipidów (liposomy), które swoją budową bardzo blisko przypominają składniki błony komórkowej. Po wprowadzeniu do krwi stanowią one „pułapki” na toksyny bakteryjne oraz patogeny. Wychwytują je i potrafią zablokować ich działanie. Liposomy powodują, iż patogeny pozbawione działania toksycznego stają się łatwym celem dla systemu immunologicznego zaatakowanego organizmu.

Pierwsze badania przeprowadzone zarówno in vitro, jak i in vivo na myszach z sepsą udowodniły, iż koncepcja liposomów jest słuszna — wskaźnik przeżywalności u myszy wyniósł 89 proc. Padły tylko te, u których choroba była w najbardziej zaawansowanym stadium. Liposomy, według szwajcarskich naukowców, będą prawdopodobnie stanowiły część terapii klinicznej przeciwko bakteriom MRSA oraz infekcjom z trudnością poddającym się antybiotykoterapii. Co ważne, są łatwo usuwalne z organizmu i nie powodują wytworzenia oporności ze strony patogenów bakteryjnych.

Wejście na szlak komórkowy

Innym obiecującym kierunkiem badań są terapie szlaków komórkowych. Naukowcy z belgijskiego zespołu badawczego z Instytutu Biotechnologii VIB oraz University Ghent, pracujący pod kierownictwem dr. Mohameda Lamkanfi, wykryli, iż myszy, które nie produkują białka receptorowego NLRP6, wykazują większą aktywność systemu immunologicznego przeciwko wszelkiego typu patogenom bakteryjnym, także MRSA i innym antybiotykoopornym.

Białko NLRP6 jest receptorem NOD-podobnym. Znajduje się wewnątrz komórki. Jest elementem systemu immunologicznego, działającym w aktywacji pierwotnych składników tego systemu, głównie cytokin. Jak stwierdził prof. Lamkanfi, myszy, które posiadają to białko w stanie aktywnym, są mniej odporne na infekcje bakteryjne i trudniej im usunąć toksyny bakteryjne z organizmu. Już pierwszy lek molekularny blokujący działanie NLRP6 spowodował znaczącą poprawę stanu myszy chorych na sepsę.

Zespół belgijski pracuje obecnie nad lekiem molekularnym inaktywującym czasowo białko NLRP6. Lek taki byłby nie samodzielnym chemioterapeutykiem, ale dodatkiem do terapii antybiotykowej. Mógłby na tyle osłabić patogeny bakteryjne, że dwuskładnikowe terapie klasycznymi antybiotykami (stosowane często w infekcjach powodowanych przez bakterie antybiotykooporne) uzyskałyby wysoką skuteczność, porównywalną z terapiami antybiotykowymi przeciwko bakteriom nieopornym.

Komentarz
Poszukiwanie pogromców superbakterii
Prof. dr hab. n. med. Karina Jahnz-Różyk, kierownik Zakładu Immunologii i Alergologii Klinicznej Wojskowego Instytutu Medycznego:

Już w 1960 roku zwrócono uwagę na zjawisko narastającej oporności bakterii na antybiotyki, a zwłaszcza na problem oporności nabytej, wynikającej ze zmiany w materiale genetycznym bakterii. Później wykazano, że zmiany w materiale genetycznym występują wskutek mutacji lub otrzymania obcego DNA na drodze koniugacji, transformacji lub transdukcji. Zjawisko to początkowo zaobserwowano w zakażeniach pneumokokowych. Zauważono bowiem, że z roku na rok obniża się wrażliwość pneumokoków na penicyliny, a także na inne antybiotyki betalaktamowe, jak też na tetracykliny czy cefalosporyny i inne.

Ostatnie lata przyniosły jeszcze bardziej niepokojące informacje na temat oporności bakterii. Odkryto bowiem istnienie tzw. superbakterii (ang. superbugs), opornych na wiele antybiotyków. Do superbakterii zalicza się obecnie szczepy MRSA, a także szczepy bakterii ESCAP (Enterococcus faecium, S.aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter species). W 2008 roku opisano przekazywany między bakteriami gen oporności na antybiotyki — New Delhi metalobetalaktamazę (NDM-1). Pochodzenie nazwy wynika z faktu, że gen ten wyizolowano ze szczepu Klebsiella od pacjenta zakażonego w stolicy Indii. Bakteria ta była oporna na wszystkie antybiotyki, z wyjątkiem kolistyny. Aktualnie wiadomo, że NDM-1 może występować w wielu szczepach bakterii, a rozkłada penicyliny, cefalosporyny i karbapenemy. Kraje azjatyckie są uznawane za potencjalne źródło występowania bakterii NDM-1.

Jeszcze w 2005 roku Światowa Organizacja Zdrowia wskazała na lekooporność bakterii jako globalne zagrożenie zdrowia publicznego, dlatego intensywnie poszukuje się nowych metod walki z zakażeniami bakteryjnymi. Jednymi z najciekawszych i zarazem najbardziej obiecujących są obecnie badania nad teiksobaktyną, przedstawione w styczniu 2015 roku na łamach „Nature”. Wskazują one na możliwość zastosowania tego antybiotyku w niszczeniu właśnie superbakterii, ale także prątków gruźlicy i bakterii wąglika. Teiksobaktyna jest ekstraktem pochodzącym z bakterii Eleftheria terrae. Szczególnie interesujące jest, że ten antybiotyk nie działa na białka, ale niszczy ścianę komórkową bakterii przez oddziaływanie na lipidy typu II (prekursory peptydoglikanów) oraz lipidy typu III (prekursory kwasu tejchojowego). Na obecnym etapie wiedzy nie stwierdzono oporności na teiksobaktynę. Należy przy tym podkreślić, że lek nie był badany na ludziach, a jedynie przeszedł wymagane testy laboratoryjne. Dopiero badania kliniczne i to głównie badania obserwacyjne IV fazy („real life data”) pomogą w wyjaśnieniu wielu kwestii medycznych, a przede wszystkim w ocenie występowania zjawiska antybiotykooporności w codziennej praktyce lekarskiej.