Ερευνητές ανακάλυψαν νέες αντιβιοτικές ουσίες που θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν τις πιο επίμονες λοιμώξεις

Η μικροβιακή αντοχή, δηλαδή η ικανότητα των μικροοργανισμών να επιβιώνουν και να αναπτύσσονται παρά τη δράση των αντιμικροβιακών φαρμάκων, συγκαταλέγεται στις μεγαλύτερες απειλές για τη δημόσια υγεία παγκοσμίως. Τον 20ό αιώνα, τα αντιβιοτικά μετέτρεψαν δυνητικά θανατηφόρεςβακτηριακές λοιμώξεις σε αντιμετωπίσιμες ασθένειες, αποτελώντας ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της σύγχρονης ιατρικής.

Στην πραγματικότητα, όμως, τα αντιβιοτικά δεν είναι ανθρώπινη εφεύρεση. Οι περισσότερες δραστικές ουσίες προέρχονται από μικροοργανισμούς, οι οποίοι βρίσκονται εδώ και εκατομμύρια χρόνια σε έναν διαρκή εξελικτικό «πόλεμο». Στη μάχη τους για χώρο και θρεπτικά συστατικά, τα μικρόβια έχουν αναπτύξει τόσο ισχυρά αντιβιοτικά μόρια όσο και εξελιγμένους μηχανισμούς άμυνας εναντίον τους. Περισσότερο από το 80% των αντιβιοτικών που χρησιμοποιούνται σήμερα στην κλινική πράξη βασίζονται σε αυτά τα φυσικά μόρια.

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες ανακάλυπταν αντιβιοτικές ουσίες από μικρόβια και τις τροποποιούσαν για να δημιουργήσουν νέα φάρμακα, παραμένοντας ένα βήμα μπροστά από την εξέλιξη της μικροβιακής αντοχής. Τα τελευταία χρόνια, όμως, η ανακάλυψη νέων φυσικών αντιβιοτικών έχει επιβραδυνθεί σημαντικά, ενώ η υπερβολική χρήση αυτών που κυκλοφορούν, έχει οδηγήσει σε ανησυχητική αύξηση της μικροβιακής αντοχής. Τα περισσότερα αντιβιοτικά αποτελούνται από μία μόνο δραστική ουσία, γεγονός που επιτρέπει σε ορισμένα βακτήρια να αποκτούν αντοχή ακόμη και μέσω μίας και μόνο γενετικής μετάλλαξης.

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature» παρουσιάζει μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα, όχι μόνο προτείνοντας μια νέα θεραπευτική προσέγγιση αλλά και έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο ανάπτυξης αντιβιοτικών.

Ένα εντυπωσιακό εύρημα

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον βιοϊατρικό ερευνητή Έρικ Μπράουν από το Πανεπιστήμιο McMaster στον Καναδά, ανακάλυψε ένα μεγάλο σύμπλεγμα γονιδίων, το οποίο ονόμασε «megacluster» (μεγα-σύμπλεγμα). Το γενετικό αυτό σύμπλεγμα κωδικοποιεί τέσσερα διαφορετικά μόρια που συνεργάζονται για να μπλοκάρουν μια κρίσιμη μεταβολική οδό των βακτηρίων.

«Πρόκειται για μια συναρπαστική πρόοδο στις προσπάθειες αναπλήρωσης του οπλοστασίου αντιβιοτικών», έγραψε σε συνοδευτικό άρθρο στο περιοδικό «Nature» ο μικροβιολόγος Στίβεν Ράδερφορντ. Ο μικροβιολόγος επισήμανε ότι η μελέτη παρέχει έναν οδικό χάρτη για την ανακάλυψη φυσικών αντιβακτηριακών ουσιών μέσω της ανάλυσης γονιδιωμάτων.

Οι τέσσερις νέες ουσίες μπλοκάρουν τη σύνθεση, την απορρόφηση και τη χρήση της βιοτίνης (βιταμίνη Β7), μιας ουσίας απαραίτητης για την ανάπτυξη πολλών παθογόνων βακτηρίων. Η βιοτίνη λειτουργεί ως συμπαράγοντας σε βασικά ένζυμα του μεταβολισμού και, επειδή βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στο περιβάλλον, τα περισσότερα βακτήρια την παράγουν μόνα τους μέσω μιας εξελικτικά διατηρημένης βιοχημικής οδού.

Το μεγα-σύμπλεγμα εντοπίστηκε σε βακτήρια του γένους Streptomyces (στρεπτομύκητες) τα οποία έχουν μελετηθεί εκτενώς εδώ και δεκαετίες και αποτελούν μία από τις σημαντικότερες φυσικές πηγές αντιβιοτικών. Από αυτά προήλθε, μεταξύ άλλων, και η στρεπτομυκίνη, το πρώτο αποτελεσματικό αντιβιοτικό κατά της φυματίωσης. Παρ’ όλα αυτά, το συγκεκριμένο σύμπλεγμα είχε περάσει απαρατήρητο, πιθανώς εν μέρει επειδή τα βακτήρια στα εργαστήρια καλλιεργούνται συχνά σε θρεπτικά μέσα.

Μια νέα στρατηγική

Όταν οι ερευνητές αναζητούν νέα αντιβιοτικά στα βακτηριακά γονιδιώματα, εξετάζουν τα συμπλέγματα βιοσυνθετικών γονιδίων (BGC) που ενδέχεται να είναι υπεύθυνα για την παραγωγή μεμονωμένων μορίων. Η ομάδα του Μπράουν, όμως, εντόπισε το μεγα-σύμπλεγμα – που παράγει όχι μόνο ένα, αλλά τέσσερα μόρια που λειτουργούν με διαφορετικούς τρόπους για να μπλοκάρουν την οδό της βιοτίνης.

Διαπιστώθηκε ότι τρία από αυτά τα συμπλέγματα παράγουν τα αντιβιοτικά μόρια stravidins, acidomycins και dapamycins, τα οποία αναστέλλουν διαφορετικά ένζυμα της ίδιας μεταβολικής οδού. Το τέταρτο σύμπλεγμα παράγει μια ένωση που ονομάζεται 2-methyl-7-keto-8-aminopelargonic acid (α-Me-KAPA), η οποία λειτουργεί ως «δόλωμα», αντικαθιστώντας έναν πρόδρομο της βιοτίνης και αναγκάζοντας το βακτήριο να παράγει ένα άχρηστο μόριο που μοιάζει με βιοτίνη. Επιπλέον, το μεγα-σύμπλεγμα περιβάλλεται από γονίδια που παράγουν τη στρεπταβιδίνη, μια πρωτεΐνη που δεσμεύει και απομονώνει τη βιοτίνη.

Συνολικά, το σύστημα αυτό εξαπολύει μια πολυμέτωπη επίθεση σε μια ζωτικής σημασίας μεταβολική οδό. Πειράματα τόσο σε εργαστηριακές καλλιέργειες όσο και σε ποντίκια έδειξαν ότι τα τέσσερα μόρια εξουδετερώνουν αποτελεσματικά διάφορα βακτήρια και είναι ακόμη πιο αποτελεσματικά όταν χρησιμοποιούνται συνδυαστικά.

Οι επιστήμονες τονίζουν πάντως ότι μεσολαβούν ακόμη πολλά στάδια μέχρι να μετατραπεί αυτή η ανακάλυψη σε θεραπεία για ασθενείς. Απαιτείται επιπλέον έρευνα, βελτιστοποίηση των μορίων για χρήση στον άνθρωπο και μακροχρόνιες κλινικές δοκιμές για την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητά τους.

Πηγή: Ars Technica