Ένα νέο, τεχνητό αντιβιοτικό, που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα για την ανάλυση βακτηριακών προϊόντων, φαίνεται ότι μπορεί να εξουδετερώσει ακόμα και τα πλέον ανθεκτικά βακτήρια. Το αντιβιοτικό αυτό λέγεται cilagicin και βασίζεται σε ένα νέο μηχανισμό δράσης, όπως αναφέρουν οι επιστήμονες που το ανέπτυξαν. Μέσω του μηχανισμού αυτού μπορεί να εξουδετερώσει τον MRSA, το C. diff, καθώς και αρκετά άλλα ανθεκτικά παθογόνα.
Η μελέτη αυτή πρακτικά δείχνει ότι είναι δυνατό να αναπτύξουμε μία νέα γενιά αντιβιοτικών χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα. «Το αντιβιοτικό αυτό πρακτικά επιβεβαιώνει ότι η νέα προσέγγιση που χρησιμοποιήσαμε για την ανάπτυξη φαρμάκων είναι αποτελεσματική. Η ανακάλυψη αυτή αποτελεί παράδειγμα του τι μπορούμε να επιτύχουμε χρησιμοποιώντας υπολογιστικά μοντέλα στη βιολογία και γενετικές αναλύσεις για να κατανοήσουμε την πορεία της εξέλιξης των βακτηρίων», αναφέρουν οι συγγραφείς.
Το Αποτέλεσμα των Μαχών Ανάμεσα στα Βακτήρια
Εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, τα βακτήρια μάχονται μεταξύ τους προσπαθώντας να αλληλοεξουδετερωθούν. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τα ισχυρότερα αντιβιοτικά για την εξουδετέρωση ενός βακτηρίου προέρχονται από άλλα βακτήρια. Με την εξαίρεση της πενικιλλίνης και ορισμένων άλλων αντιβιοτικών που προέρχονται από μύκητες, σχεδόν όλα τα αντιβιοτικά που χρησιμοποιούμε σήμερα βασίζονται στον παραπάνω μηχανισμό.
«Αιώνες εξέλιξης έχουν βοηθήσει τα βακτήρια να αναπτύξουν μοναδικούς τρόπους για την εξουδετέρωση άλλων βακτηρίων, χωρίς τα τελευταία να αναπτύσσουν ανθεκτικότητα», τονίζουν οι συγγραφείς. Εδώ και αρκετά χρόνια, η ανακάλυψη νέων αντιβιοτικών περιελάμβανε καλλιέργεια βακτηρίων Streptomyces ή bacillus στο εργαστήριο με σκοπό να εξερευνηθεί ο τρόπος που αντιμετωπίζουν άλλα βακτήρια.
Ωστόσο, με την κατακόρυφη αύξηση των ανθεκτικών βακτηρίων που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια, υπάρχει μεγάλη ανάγκη για νέες προσεγγίσεις στην ανάπτυξη αντιβιοτικών, καθώς η παραπάνω επιλογή εξαντλείται. Μία θεωρία είναι ότι, αρκετά βακτήρια που δεν είναι δυνατό να καλλιεργηθούν στο εργαστήριο, περιέχουν στο γονιδίωμά τους πληροφορίες οι οποίες θα μας επιτρέψουν να αναπτύξουμε νέα αντιβιοτικά.
Μία άλλη προσέγγιση την οποία είχε ακολουθήσει στο παρελθόν η ομάδα της παρούσας μελέτης περιλαμβάνει την απομόνωση βακτηρίων με αντιβακτηριακά γονίδια από το χώμα. Ακολούθως, τα βακτήρια αυτά καλλιεργήθηκαν με άλλα, πιο προσιτά βακτήρια στο εργαστήριο. Ωστόσο, ακόμα και αυτή η προσέγγιση έχει περιορισμούς. Για παράδειγμα, τα περισσότερα από τα γονίδια των βακτηρίων δρουν συνεργατικά, επομένως η απομόνωση συγκεκριμένων γονιδίων δεν οδηγεί πάντοτε σε κάποια πρωτεΐνη με αντιβιοτική δράση.
Μία Νέα Προσέγγιση στην Ανάπτυξη Αντιβιοτικών
Απογοητευμένοι από την αναποτελεσματικότητα της προηγούμενης προσέγγισης που είχαν ακολουθήσει, οι επιστήμονες της παρούσας μελέτης στράφηκαν στους αλγορίθμους. Αναλύοντας τη γενετική πληροφορία σε αρκετές ακολουθίες DNA, οι σύγχρονοι αλγόριθμοι μπορεί να προβλέψουν τη δομή ενός αντιβιοτικού που θα παρήγαγε ένα βακτήριο. Ακολούθως, χημικοί μπορεί να χρησιμοποιήσουν το δεδομένο αυτό για να δημιουργήσουν ένα τεχνητό αντιβιοτικό στο εργαστήριο.
Προφανώς, η πρόβλεψη αυτή δεν καταφέρνει πάντοτε να ταυτοποιήσει το αντιβιοτικό που θα παρήγαγε το εκάστοτε βακτήριο, ωστόσο ακόμα και μία παρόμοια ουσία μπορεί να είναι εξίσου αποτελεσματική, όπως εξηγεί η ομάδα.
Στην τελευταία τους μελέτη, οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν στην περιοχή γονιδίων “cil”, η οποία δεν είχε εξερευνηθεί επαρκώς στο παρελθόν. Η περιοχή αυτή βρίσκεται κοντά σε αρκετές περιοχές του γονιδιώματος των βακτηρίων που παράγουν αντιβιοτικά, επομένως ήταν πιθανό να παίζει επίσης ρόλο σε αυτό το μηχανισμό. Ακολούθως η επιστημονική ομάδα εισήγαγε τις αλληλουχίες αυτές σε έναν αλγόριθμο, ο οποίος τελικά κατέληξε σε ορισμένες πρωτεΐνες. Μία από αυτές, η cilagicin, αποδείχθηκε ιδιαίτερα αποτελεσματική στην αντιμετώπιση των βακτηρίων.
Συγκεκριμένα, το cilagicin ήταν ικανό να καταστρέψει τα gram-θετικά βακτήρια στο εργαστήριο, χωρίς να προκαλεί βλάβες στα ανθρώπινα κύτταρα. Επιπλέον, η χορήγηση του φαρμάκου σε πειραματόζωα μπορούσε να αντιμετωπίσει τις βακτηριακές λοιμώξεις στα τελευταία. Μάλιστα, το cilagicin ήταν αποτελεσματικό και στην εξουδετέρωση αρκετών ανθεκτικών βακτηρίων, ακόμα και αυτών που είχαν τροποποιηθεί γενετικά έτσι ώστε να έχουν ανθεκτικότητα στη συγκεκριμένη ουσία.
Ουσιαστικά, το φάρμακο προσδένεται σε δύο μόρια του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων (C55-P και C55-PP). Όλα τα προηγούμενα αντιβιοτικά είχαν την ικανότητα να προσδένονται στο ένα μόνο από τα παραπάνω μόρια. Ως αποτέλεσμα, τα βακτήρια σχημάτιζαν δομές μεταξύ τους όπου το ένα από τα μόρια καλύπτεται, αναπτύσσοντας έτσι ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά αυτά. Το cilagicin μπορεί να προσδεθεί και στα δύο μόρια, επομένως ξεπερνά το παραπάνω πρόβλημα.
Προφανώς, αυτή τη στιγμή το φάρμακο αυτό απέχει αρκετά από τις κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους. Στις επόμενες μελέτες τους, οι επιστήμονες σκοπεύουν να τελειοποιήσουν την ουσία και ακολούθως να εξετάσουν την αποτελεσματικότητά τους σε πειραματόζωα. Αν οι δοκιμές αυτές είναι και πάλι επιτυχείς, τότε θα εξεταστεί η χορήγηση του φαρμάκου σε ανθρώπους εθελοντές.
Φωτογραφία: Edward Jenner