Forskere kan ha avdekket et nytt våpen i kampen mot antibiotikaresistente superbugs: medisiner som fryser bakterieutviklingen i dens spor.
Antibiotikaresistente bakterier er de mikrober som på en eller annen måte overlever selv under angrep fra megadrugs ment å drepe dem. Hvert år fanger minst 2,8 millioner mennesker i USA en av disse superstrege bakteriene eller resistente soppene, i henhold til Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
En av måtene bakterier utvikler seg til å bli "antibiotikaresistent" er ved å plukke opp fritt flytende genetisk materiale fra miljøene. De innlemmer deretter de scavenged genene i sitt eget DNA. På denne måten kan bakterier samle gener som skures fra mikrober som allerede er resistente, og dermed få resistens selv. Men bakterier er ikke i stand til å fange forvirrende biter av DNA uten riktig utstyr; "feilene" må først inn i en tilstand som kalles "kompetanse" for å bygge maskineriet som kreves for å hente genetisk materiale fra omgivelsene.
Bakterier blir kompetente når de blir utsatt for stress, for eksempel når de blir utsatt for antibiotikabehandlinger. Studier antyder at flere vanlige klasser av antibiotika faktisk driver spredningen av antibiotikaresistens ved å presse bakterier til en stresset tilstand. Men nå, en ny studie av bakteriene Streptococcus pneumoniae har trukket fram en potensiell løsning på dette paradoksale problemet: medisiner som forhindrer bakterier i å bli kompetente i utgangspunktet.
For studien som ble publisert tirsdag (3. mars) i tidsskriftet Cell Host & Microbe, satte forskere denne strategien på prøve i en musemodell og med suksess blokkerte flere stammer av S. pneumoniae fra å bli kompetente og utveksle gener inne i musene. Bakteriene, som vanligvis lever i menneskets nese og hals, kan utløse alvorlige infeksjoner hvis de vandrer inn i blodomløpet, bihuler, ører, lunger eller vev som dekker hjernen eller ryggmargen, ifølge CDC.
Antibiotika er den eneste tilgjengelige behandlingen for disse infeksjonene, men i mer enn 30% av tilfellene S. pneumoniae stammer viser seg å være resistente mot ett eller flere antibiotika. Hvis såkalte "anti-evolusjon" medisiner viser seg trygge hos mennesker, kan medisinene kanskje bidra til å forhindre flere belastninger i å motta motstand, antydet forskerne.
Stanser spredningen
Forskerne screenet mer enn 1.300 medisiner for å finne ut hvilke som kan bringe kompetansen til å stoppe. Resultatene pekte på 46 slike medikamenter, inkludert antipsykotiske medisiner, antimikrobielle medikamenter og et anti-malariamiddel. Selv om de er forskjellige, hindrer medisinene alle kompetanse i lave doser via samme mekanisme, fant forskerne.
"Kompetansebanen har blitt studert i flere tiår, og vi kjenner alle nøkkelkomponentene," studerte forfattere Jan-Willem Veening, professor ved Institutt for grunnleggende mikrobiologi ved det sveitsiske universitetet i Lausanne, og Arnau Domenech, en postdoktor i Veening lab, fortalte Live Science i en e-post.
En nøkkelkomponent, kjent som proton-motive force (PMF), lar cellen produsere energi, importere næringsstoffer og skyttelast inn og ut av kroppen. Når bakterier går i den kompetente tilstanden, pumper de vanligvis ut et peptid kalt CSP, som akkumuleres utenfor cellen og utløser kompetanse (evnen til å fange antibiotikaresistente genutklipp) når det har bygget seg utover en viss terskel.
Men når de blir utsatt for medisiner mot evolusjon, S. pneumoniae kan ikke lenger opprettholde en normal PMF, og transportøren som vanligvis pumper ut CSP-feil. "Da kompetanseveien er strengt regulert, hvis CSP ikke blir eksportert, blokkeres uttrykket av nøkkelforbindelsene og kompetansen hemmes," sa Domenech og Veening.
Forfatterne testet effekten av utvalgte medikamenter - et antimikrobielt, antipsykotisk og anti-malariat - på kultiverte S. pneumoniae og fant ut at de alle blokkerte kompetansen ved å forstyrre den PMF-komponenten. De fant de samme resultatene både hos de levende musene og i menneskeceller i laboratorieretter.
"Det fine med det nåværende arbeidet er at vi fant flere forbindelser ... som lett kan forstyrre PMF uten å påvirke den normale veksten av cellen," la Domenech og Veening til.
"Det forstyrrer veksten av bakteriene som driver utvalget for resistens," sa Andrew Read, professor i sykdommer og biologi ved Pennsylvania State University, som ikke var involvert i studien. Hvis medisiner kan blokkere kompetanse uten å drive cellene til å utvikle resistens, "ville feilene forbli følsomme" for antibiotikabehandling, sa han.
Fremtidige studier vil være nødvendige for å avgjøre om '' anti-evolusjonsmedisiner 'kan brukes realistisk i kombinasjon med antibiotika for å forhindre spredning av antibiotikaresistens,' bemerket forfatterne i sin artikkel. "Våre neste trinn vil være å teste om de er spesifikke for Streptococcus pneumoniae eller om de også kan blokkere anskaffelse av motstand i andre menneskelige patogener, "sa Domenech og Veening til Live Science. Les sa at filosofien om avsporing av evolusjonen for å forhindre motstand bør overføres til andre insekter, men de eksakte medisinemålene kan være forskjellige mellom dem.
Når de utvikler medisinene til menneskelig bruk, vil forskere måtte være smarte med å utforme kliniske studier, la Read til. "Det er et" beskytt det terapeutiske "stoffet, i stedet for et terapeutisk middel," noe som betyr at målet med medisinene ikke ville være å behandle mennesker, per si, men i stedet forhindre motstand, sa han.
"I stedet for å ha som mål å drepe bugs," som mange grupper har som mål å oppnå med nye antibiotika medisiner, "prøver dette å stoppe innspillet til genetisk variasjon som seleksjon kan virke på." Les sagt. "For meg, gode første skritt - la oss gå."
