Legemidlene som har beskyttet oss mot allestedsnærværende bakterier i mer enn sytti år, mister sakte grepet, og vi trenger et nytt våpen for å bekjempe infeksjoner. Sykdomsfremkallende bakterier blir immun mot antibiotika som en gang drepte dem, også mot medisiner som en gang ble ansett som den siste forsvarslinjen.
Antibiotikaresistente (antibiotikaresistente) bakterier dreper omtrent en prosent av menneskene de smitter, selv i utviklede land. Og hvis dette blir ignorert, vil de drepe fem ganger flere mennesker hvert år.
"Mange ting vi tar for gitt for øyeblikket, som en keisersnitt, eller hofteutskiftning, eller organtransplantasjoner uten antibiotika, vil bli veldig vanskelig," sier François Franceschi, programleder for terapeutisk utvikling i bakteriologi og mykologiavdelingen ved National Institute of Allergy and Smittsomme sykdommer.
Mennesker med svekket immunforsvar er spesielt utsatt, men i den postantibiotiske verden vil alle uten unntak være i faresonen.
"Folk sier at antibiotika ikke lenger vil være i stand til å hjelpe oss med den minste ripa i tiden etter antibiotika," sier Cesar de la Fuente, en bioingeniør ved Massachusetts Institute of Technology.
For å bekjempe resistente bakterier henvender vi oss til nye allierte, for eksempel virus, som bare angriper bakterier; nanopartikler og bittesmå proteiner produsert av immunsystemene til forskjellige organismer. Hvert verktøy har sine egne fordeler og ulemper, og det er grunnen til at forskere studerer en rekke tilnærminger.
"Mange mennesker i feltet er for tiden på jakt etter alternative strategier for å legge til vårt arsenal," sier Timothy Lu, også ved MIT. "Det er ikke slik at hver av dem prøver å finne opp sin egen sølvkule som vil redde oss fra bakterier resten av livet, men heller studere problemet fra forskjellige vinkler."
Salgsfremmende video:
Her er noen måter vi kan hjelpe oss med å håndtere uønskede bakterier.
Avvæpne inntrengerne
Bakterier trenger ikke alltid å bli drept for å nøytralisere. Noen behandlinger er rettet mot bakterier indirekte ved å frata dem våpnene. Bakteriene vil være på plass, men konsekvensene av infeksjon vil ikke være alvorlige, og immunforsvaret vil ha en sjanse til å bekjempe infeksjonen på egen hånd.
Hvis stoffet ditt ikke dreper bakterier, vil de ha mindre incentiv til å bygge motstand mot det. Det vil ta lenger tid for resistens å utvikle seg fordi bakteriene ikke vil kjempe aktivt mot stoffet, sier Franceschi.
Mange bakterier frigjør giftstoffer som skader vertsceller. En av de vanligste typene giftstoffer kalles poredannende, som punkterer hull i celler. Den er isolert av meticillinresistente Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria-bakterier, miltbrannbakterier og gift fra slanger, skorpioner og havanemoner.
Liangfang Zhang fant ut hvordan man kan eliminere disse giftstoffene. "Du tar bort våpnene, og de blir mye svakere," sier Zhang, nanoingeniør ved University of California, San Diego. Den belegger nanopartiklene med et søtt mål - membraner som består av røde blodlegemer. De røde blodlegemene fungerer som et lokkedyr, og suger inn toksin som ellers ville angripe sunne celler. "Det er som en svamp som suger ut giftstoffer," forklarer Zhang.
I sin første studie viste han at nanosvamper absorberte giftstoffer uten å skade mus. Zhangs arbeid med nanopartikler som lokkefugler i år var ett av 24 prosjekter for å motta finansiering fra National Institutes of Health. Han håper å starte kliniske studier på mennesker allerede neste år.
Nanopartikler, som ofte er laget av plast eller metaller som sølv, kan også svekke bakterier ved å ødelegge deres beskyttende cellemembraner eller forårsake DNA-skader. Nanopartikler er enkle å jobbe med fordi de bygger seg selv. "Du styrer temperaturen, løsningsmidlet og alt annet, og disse molekylene samles i en nanopartikkel," sier Zhang.
Nanopartikler kan være dyrere enn tradisjonelle antibiotika. Og å få dem til rett sted i kroppen kan også være en utfordring. En annen utfordring er å sørge for at nanopartiklene er laget av materialer som ikke vil få en umiddelbar immunrespons, og vil bryte sammen over tid slik at de ikke bygger seg opp i kroppen.
Spørsmål gjenstår om den langsiktige sikkerheten til noen av disse tingene, sier Lou.
Spesialleveranse
Alternative behandlinger kan brukes for å gjøre eksisterende antibiotika mer effektiv. For eksempel studerer forskere nå hvordan nanopartikler kan brukes til å levere kreftmedisiner og antibiotika.
Antibiotika er distribuert over hele kroppen og er giftig i høye doser. Ved hjelp av nanopartikler kunne konsentrerte doser medikamenter frigis. Tusenvis av medikamentmolekyler kan skyves inni en enkelt nanopartikkel.
"De kan lett bare feste seg til membranen og gradvis frigjøre medisinene direkte på bakteriene," sier Zhang. Følgelig kan en mer effektiv belastning bli mer nøyaktig målrettet uten å øke den totale dosen av medikamentet. På denne måten kan mekanismen for bakteriell resistens undertrykkes - de ville ganske enkelt ikke utvikle resistens mot punktvirkende antibiotika.
Problemet med nanopartikler, som mange andre verktøy, er at immunforsvaret ser dem som en trussel. De er veldig like i størrelse med virus. Kroppen vår vil lære å forsvare seg mot disse nanopartiklene, eller virusene, hvis du ikke beskytter dem."
Zhang og kollegene har kamuflerte nanopartikler i jakker laget av blodplatemembraner, cellene som hjelper blodpropp. Fra siden ligner nanopartiklene disse miniatyrblodcellene. Noen bakterier tiltrekkes av blodplater - med deres hjelp blir de maskert fra immunforsvaret. Blodplate-belagte nanopartikler kunne spille to ganger, og rekruttere inntrengerne for å detonere dem med et stoff.
Alle nanopartikler vil frigjøre medikamenter i nærvær av bakterier, sier Zhang. Ved hjelp av blodplatebelagte partikler har han allerede herdet mus infisert med den multibiotikaresistente stammen av MRSA.
Direkte angrep
Noen ganger hjelper imidlertid ikke halvparten av tiltakene. Det er alternativer til tradisjonelle antibiotika som kan drepe bakterier. En strategi er å lage kunstige versjoner av antimikrobielle peptider (AMP), som er en del av den medfødte immunresponsen i mikrober, planter og dyr (som de Tasmaniske djevlene). Disse komponentene angriper patogenens membran og forårsaker ødeleggelser i cellen.
Som en del av et nylig prosjekt jobbet de la Fuente sammen med Lou og andre for å velge en giftfri AMP som ble funnet i enkle marine dyr kalt tunicates. Forskerne la flere aminosyrer til den grunnleggende innstillingen, og forbedret evnen til å behandle mus infisert med antibiotikaresistente stammer av E. coli, eller MRSA. Forsterket AMP styrker også gnagerens immunforsvar, reduserer betennelse og etterlyser hjelp i form av hvite blodlegemer.
Antimikrobielle peptider kan beseire et bredt spekter av patogener, og bakterier har vanskelig for å utvikle resistens mot dem. "Sammenlignet med konvensjonelle antibiotika, er disse peptidene mer effektive i mange tilfeller," sier de la Fuente.
AMPer består av relativt korte kjeder av aminosyrer, byggesteinene til protein. Derfor er de ganske enkle (selv om de er dyre) å bygge. "Vi har ennå ikke satt ned kostnadene," sier de la Fuente. Forskere undersøker måter å gjøre AMP-er billigere ved å programmere mikrober, slik at de ikke er avhengige av en maskin og lar mikroberne gjøre det selv.
Likevel er det bekymring for at AMP kan angripe vertens celler. Og som med mange antibiotiske alternativer, kan det være en utfordring å sende peptider til rett sted i en høy nok konsentrasjon til å forbli effektive. På kort sikt er lokal sannsynlighet mer sannsynlig, sa de la Fuente. Disse peptidene kan for eksempel inkorporeres i en krem som kan påføres et åpent sår eller på stedet for en infeksjon på huden. De kan også brukes til å dekke bord, datamaskiner, kirurgiske instrumenter eller katetre for å forhindre at bakterier koloniserer dem.
Re-sensibilisering
En annen måte å svekke bakterier er å kvitte dem med resistensen de har utviklet mot antibiotika. For slike oppdrag kan virus som spesialiserer seg i å spise bakterier, bakteriofager, brukes.
Bakteriofager er ekstremt effektive mordere av bakterier, men gjennom genteknologi kunne forskere gi dem nye evner, inkludert å gjenopprette følsomheten til bakterier for tradisjonelle medisiner.
Omprogrammerte bakteriofager kan bli besatt av bakterier som bærer gener som gir antibiotikaresistens, fjerner denne evnen eller dreper bakterier. Når de resistente mikrober ødelegges eller gjøres ufarlige, vil den gjenværende populasjonen være sårbar for antibiotika.
En annen metode som lar bakterier motstå antibiotika er ved å utskille forbindelser som skaper en biofilm som stoffet ikke kan trenge gjennom. Det er mulig å lage bakteriofager som vil spise opp biofilm.
I naturen kan bakteriofager direkte drepe bakterier. Noen av dem plugger DNA-et i bakterier, og for å frigjøre seg, spiser de ganske enkelt gjennom celleveggen og sprenger cellen, sier Lu. Andre fungerer som parasitter.
Bakteriofager ble oppdaget for rundt hundre år siden. Antibiotika har erstattet dem i USA, men de blir fortsatt brukt i Russland og i noen østeuropeiske land. Når antibiotikaresistente bakterier vokser, vender forskere igjen til bakteriofager - de er like effektive i behandling av mennesker, bare kliniske studier har ennå ikke bekreftet dette.
En av fordelene med disse virusene er at de kan replikere seg selv. Du kan bare sette en liten mengde og drepe mange bakterier. Og siden de trenger levende celler for å reprodusere, vil de slutte å reprodusere seg så snart alle vertens celler er ødelagt.
Som andre alternativer, kan bakteriofager imidlertid utløse en immunsystemrespons. "Hvis du injiserer virus eller fremmed peptid i menneskekroppen, er det alltid en sjanse for at det kommer en reaksjon," sier Lu. En annen bekymring er at noen fager kan plukke opp gener forbundet med antibiotikaresistens og gi dem videre til andre bakterier.
Men det er usannsynlig at de skader menneskelig vev. Bakteriofager mangfoldiggjøres ikke i menneskelige celler. Vi har en haug bakteriofager inni oss - det er vanskelig å si at de er fremmede for oss.
Personlig kontakt
Flere alternative behandlinger kan tilpasses spesifikke bakterier. Også her er bakteriofager ideelle kandidater. "De er egentlig den naturlige fienden til bakterier," sier Lu. Vanligvis "hvis du finner bakterier, finner du også bakteriofager."
Tradisjonelle antibiotika dreper ofte bakterier kritisk - inkludert i kroppens naturlige mikrobiome, som spiller en viktig rolle i helsen vår. Det er teppebombing som dreper alt.
Virus tilbyr en mer personlig tilnærming. "Du kan prøve å beholde de gode bakteriene mens du dreper de dårlige bakteriene," sier Lu.
Imidlertid er denne spesifisiteten også et tveegget sverd. For å dekke et tilstrekkelig antall forskjellige bakterier som kan infisere en pasient, vil mange virus måtte blandes i cocktailen. Selv om bakteriofager ikke er veldig dyre å dyrke, er cocktailer av en rekke virus en annen sak helt.
Lou jobber med cocktailer av bakteriofager bygget på trygge skoger. Ved å bestemme området som bakteriofagene skal smitte, kan du angripe forskjellige bakterier, rette bakteriofagene i forskjellige retninger. Det gjenstår bare å finne ut hvordan du gjør det.
Det er som det er, det er vanskelig å lage et effektivt medikament uten å vite hva som forårsaker infeksjonen. Hvis du går til legen din, vil han ikke kunne gi deg smalspektret behandling hvis han ikke vet hvilke bakterier som plager deg.
Leger trenger raskere diagnostiske metoder slik at de kan finne ut hvilken type målbakterier de er og hvor resistente de er mot tradisjonelle antibiotika. Lu og kollegene jobber for å lage rask, billig diagnostikk. Når de smitter målbakteriene deres, tenner de det opp med det samme proteinet som ildfluer bruker. Bare gi bakteriofagprøven til pasienten, og "du kan si om prøven gløder eller ikke, det er bakterier i den eller ikke," sier Lu.
Bredt arsenal
Dette er ikke alle våpnene vi legger til vårt arsenal. Forskere undersøker andre alternativer, som å sende andre bakterier for å bekjempe patogener, finne nye antibiotika og bruke antistoffer og mer.
"Du kan knapt stole på en metode eller en teknologi for å rote ut hele problemet," sier Zhang. Å studere superbugs fra forskjellige vinkler, kombinere nye taktikker og tradisjonelle behandlingsmetoder, vil utvide arsenalet vårt.
Det vil ta flere år før nye instrumenter blir godkjent for utbredt bruk. Og en stund vil alternative antimikrobielle metoder bare brukes når antibiotika ikke lenger fungerer. Billigheten og effektiviteten til antibiotika er hovedgrunnen til at de er vanskelige å nekte. Men på lang sikt vil dette være det eneste alternativet.
ILYA KHEL
