Избыточное использование антибиотиков приводит к тому, что они становятся все менее и менее эффективными, когда мы более — и ученые спешно ищут способ все исправить. Перед вами собраны лучшие идеи того, как обуздать одну из крупнейших проблем 21 века.
Мир близится к моменту, когда антибиотики перестанут лечить инфекции. Мы серьезно злоупотребляем антибиотиками, которые у нас есть, и все это приводит к тому, что бактерии развиваются и вырабатывают устойчивость к лекарствам, предназначенным для их уничтожения.
Это явление называется устойчивостью к антибиотикам, или антибиотикорезистентностью, и представляет собой одну из самых больших проблем, с которыми мы сталкиваемся в 21 веке.
Ставки высоки. Но не все потеряно. Разного рода правительства, организации, новаторы и ученые по всему миру раздумывают о том, как вывести нас из этого беспорядка. Вот лишь несколько из множества методов, используемых в борьбе против антибиотикорезистентности, подобранные экспертами BBC.
Использовать бактерии против них самих
Почему бы не бороться огнем с помощью огня, если лекарства теряют силу?
Несколько новых биотехнологических компаний надеются использовать наше растущее понимание человеческого микробиома: здоровые микробы, которые живут в человеческом теле, которые поддерживают нашу иммунную систему, препятствуют распространению инфекций и контролируют метаболизм. Это поможет в разработке нового класса лекарств, которые борются с супербактериями, которые устойчивы к антибиотикам и, как полагают, убьют больше людей к 2050 году, чем рак.
Vedanta Biosciences, базирующаяся в Кембридже, штат Массачусетс, одна из фирм, разрабатывающая лекарства на новой волне мысли, что многие бактерии могут вызывать заражение, потому что у пациента складывается нехватка собственного микробиома из-за чрезмерного использования антибиотиков. Vedanta изучает исследования микробиома по всему миру в поисках хороших бактерий, которых можно посадить в таблетку. Проглотив ее, пациент мог бы улучшить свое самочувствие и стимулировать иммунный ответ.
«Микробиологические методы лечения, такие как бактериальные консорциумы, представляют собой необходимую альтернативу антибиотикам. Важно заниматься поиском новых методов лечения инфекции, которые одновременно и менее склонны к резистентности, и не причиняют ущерб микробиоте и, таким образом, делают хозяина менее уязвимым к повторному заражению», говорит Бернат Олле, глава Vedanta.
Однако важно отметить, что ученые до сих пор не понимают человеческий микробиом полностью. Но исследования набирают обороты, а Vedanta приближается к стадии клинических испытаний по крайней мере для двух своих препаратов. Если получится, процесс борьбы с инфекциями изменится навсегда.
Применение крошечных полупроводников
Эту идею предложили ученые из Университета Колорадо в Боулдере, которые работали над разработкой квантовых точек для использования в области солнечной энергии. Что такое квантовые точки? Небольшие кристаллики полупроводников — которые используют для сборки телефонов и компьютеров. (Небольшие — это мягко сказано. Как говорит Прашант Нагпал, работающий над проектом, «квантовая точка по сравнению с толщиной человеческого волоса — как городской квартал по сравнению с Землей»).
Вместе с коллегой Анушри Чаттрджи, работающей над разработкой новых методов лечения на замену антибиотикам, Нагпал исследует возможность применения светочувствительных точек для борьбы с супербактериями. Результатом стала новая форма квантовых точек, которые могут выборочно атаковать бактерии.
«Что это значит? Эти квантовые точки могут быть всюду, а при правильной разработке и подходящем методе лечения их можно активировать светом для лечения инфекций у животных или людей без убийства родных клеток млекопитающего», говорит Нагпал. При активации точки производят достаточно вещества, чтобы убить бактериальные клетки, но оставить невредимыми собственные клетки хозяина.
При испытании точек в культурах клеток, точки не оказывают влияния на здоровые клетки человека. И света требуется не больше, чем от комнатного светильника или солнца. Для более глубокого заражения потребуется направленный светодиод. В теории все это может быть настолько эффективным, что потребует лишь одну миллионную долю традиционного лекарства для достижения ожидаемого результата.
Квантовые точки легко и просто производить, поэтому масштабирование их для лечения инфекций в мировых масштабах сделает их дешевле нескольких рублей за дозу, а то и меньше.
«Небольшое количество лекарства и света могут излечить наихудшие болезни, вызываемые супербактериями, которых мы испытывали в медицинских условиях в Колорадо», говорит Нагпал. «Конечно, необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы сможем использовать квантовые точки на пациентах. Однако уже первые испытания показывают много перспективных возможностей».
Убивающие инфекцию полимеры
Антибиотики могут быть не единственным способом борьбы с супербактериями. Ученые из Университета Мельбурна обнаружили совершенно нетрадиционный метод убийства смертельных бактерий.
Оказалось, что звездообразный полимер (цепочка молекул), созданный ими 15 лет назад для добавления вязкости автомобильным краскам и моторным маслам, обладает некоторыми интересными способностями, когда его переназначили для биологического использования. Узнав о способности полимера доставлять лекарства для лечения рака, ученые поняли, что версия звезды под названием Snapp («структурные наноинженерные антимикробные пептидные полимеры») стала токсичной для бактерий.
Среди других способов уничтожения бактерий, полимер оказался способен разрывать стенки клеток, впитываясь в мембрану клетки и вытягивая ее липидный слой.
Если ученые получат финансирование, они считают, что смогут испытать этот метод лечения на людях в течение пяти лет. «Наш синтез звезды — это технический процесс, и его легко можно масштабировать. И он не очень дорогой. Сложнее всего будет, наверное, с одобрением регулирующих органов», говорят они.
Отход от традиционных принципов
Одна из крупнейших проблем в медицине и науке в общем состоит в том, что ученые не всегда работают с врачами для решения проблем со здоровьем. И поэтому упускают важные данные, которые можно извлечь из работы напрямую с пациентами.
В Центре антибиотикорезистентности в Университете Эмори в Джорджии врачи и ученые работают вместе, чтобы лучше понять, как диагностировать и лечить резистентность. «Я не врач. Мне лишь нужно узнать от врачей, что они видят на передовой, чтобы сделать свое исследование максимально релевантным», говорит Дэвид Вайсс, директор центра.
Среди успехов этого партнерства — разработка нового диагностического теста, который поможет врачам узнать, какие бактерии внутри пациента особо устойчивые и не отвечают на антибиотики. Основываясь на успехе этой модели, говорит Вайсс, другие клинические институты начнут открывать собственные центры, которые позволят ученым и врачам работать вместе.
От академии к промышленности
Мир отчаянно нуждается в новых антибиотиках, но фармацевтические компании не разрабатывали новых уже 30 лет. Потому что разработка новых лекарств чрезвычайно дорого стоит и особых барышей конечный продукт не приносит.
Чтобы решить эту загвоздку, Pew Charitable Trusts, публичная некоммерческая компания из Филадельфии, разработала общую платформу для исследования антибиотиков – Spark. Это облачная виртуальная библиотека с данными на тему исследования антибиотиков и аналитикой, которую ученые могут использовать для совместной работы над новыми исследованиями. «Подобные разделения данных оказались чрезвычайно успешными в других сферах, например, в лечении рака, тропических инфекций и туберкулеза», говорит Кэти Толкингтон, директор программы антибиотикорезистентности в Pew Charitable Trusts. «Мы надеемся, что Spark сделает то же самое для антибиотикорезистентных бактерий. Мы ожидаем, что платформа будет открыта для широкой общественности и к ней будут обращаться ученые со всего мира».
Есть надежда, что ученые будут работать кроссдисциплинарно, разрабатывать новые методологии открытия антибиотиков, а совместная работа академий и промышленности положит конец затишью в разработке антибиотиков.
Можно ли сделать существующие антибиотики сильнее?
Ванкомицин, известный антибиотик, использовался для лечения инфекций по меньшей мере 60 лет. Он считается «последним» лекарством, которое используется лишь тогда, когда нет других вариантов, потому что до сих пор ему удавалось избегать проблем с устойчивостью к антибиотикам. До сих пор.
Совсем недавно были обнаружены бактерии, устойчивые и к этому препарату. В ответ на это ученые начали предпринимать попытки перестроить антибиотик, чтобы сделать его мощнее и эффективнее. Они делают это, меняя его структуру. На протяжении многих лет ученым удалось создать три модификации препарата. Последние две, созданные Дэйлом Болджером и его командой в НИИ Скриппса в Ла-Холле, Калифорния, прибавили антибиотикам механизмов для борьбы с бактериями.
«Каждое решение улучшило потенциал и проницательность препарата», говорит Болджер. Сопротивление этому штамму, говорит он, будет развиваться намного, намного медленнее. Одна только первая модификация «надежна и сможет пробыть в клинике еще 50 лет. Если бактерия найдет способ обойти ее, она будет убита двумя другими механизмами». В настоящее время ведется работа, которая сделает новую версию препарата менее сложной в производстве.
Будь то более сильные препараты, перемалывающие бактерии полимеры, смехотворно маленькие полупроводники или что-то совершенно новое — все это говорит о том, что ученые работают над великими идеями, пытаясь решить самую большую угрозу для здоровья человека в современную эпоху.
