Dok se svijet bori protiv virusa SARS-CoV-2, koji uzrokuje pandemiju COVID-19, u pozadini se nazire još jedna skupina opasnih patogena. Prijetnja bakterija otpornih na antibiotike raste već godinama i čini se da se pogoršava.
Ako nas je COVID-19 naučio jednoj stvari, to je da bi vlade trebale biti spremne na još veće globalne krize javnoga zdravstva, a to uključuje pronalaženje novih načina za borbu protiv zloćudnih bakterija, koje postaju otporne na uobičajene lijekove.
Za razliku od trenutne pandemije, upravo će virusi možda biti heroji, a ne uzročnici sljedeće epidemije. Znanstvenici su, naime, otkrili da bi virusi mogli biti izvrsno oružje protiv bakterija otpornih na antibiotike!
"Svaka je osoba u prisnom odnosu s jedinstvenim asortimanom virusa i bakterija, a dešifriranjem ovih složenih odnosa možemo bolje liječiti zarazne bolesti uzrokovane bakterijama otpornima na antibiotike", objasnio je Kevin Doxzen, postdoktorand na Sveučilištu u Arizoni.
Zamjena antibiotika bakteriofagima
Od otkrića penicilina 1928. godine, antibiotici su promijenili suvremenu medicinu. Te se male molekule bore protiv bakterijskih infekcija ubijanjem ili inhibiranjem rasta bakterija. Sredina 20. stoljeća bilo je zlatno doba za antibiotike, vrijeme kada su znanstvenici otkrivali desetke novih molekula za mnoge bolesti.
Ubrzo je nakon ovoga vrhunca uslijedio hladan tuš - stručnjaci su shvatili da mnoge bakterije razvijaju otpornost na antibiotike. Bakterije u našim tijelima naučile su izbjegavati medicinu razvijajući se i mutirajući do te mjere da antibiotici više ne djeluju.
Kao alternativa antibioticima, neki se istraživači okreću prirodnom neprijatelju bakterija: bakteriofagima. Bakteriofagi, poznati i kao fagi, zapravo su virusi koji napadaju bakterije. Oni opstaju zaražavajući bakterije, replicirajući se i "pucajući" iz svoga domaćina, što uništava bakteriju.
Iskoristiti snagu faga u borbi protiv bakterija nije nova ideja. Zapravo, prva zabilježena upotreba takozvane fagoterapije bila je prije više od jednoga stoljeća. Francuski mikrobiolog Félix d'Hérelle 1919. godine koristio je koktel faga za liječenje djece koja pate od teške dizenterije.
D'Hérelleovi postupci nisu bili slučajni. Zapravo je on bio zaslužan za suotkrivanje faga, a pionir je ideje o korištenju prirodnih neprijatelja bakterija u medicini. Terapija fagom nije standardni tretman koji danas možete pronaći u svojoj lokalnoj bolnici.
No, uzbuđenje zbog faga poraslo je tijekom posljednjih nekoliko godina. Znanstvenici posebno koriste nova znanja o složenom odnosu između faga i bakterija kako bi poboljšali fagoterapiju. Stvarajući fage kako bi bolje ciljali i uništavali bakterije, znanstvenici se nadaju da će prevladati rezistenciju na antibiotike.
Konstruiranje bakteriofaga
Čak i ako niste biolog, možda ste čuli za jednu vrstu bakterijskoga imunosnog sustava: CRISPR, što je kratica za Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.
Ovaj imunosni sustav pomaže bakterijama u pohrani genskih podataka o virusnim infekcijama. Bakterije tada koriste te informacije za borbu protiv budućih napadača, jednako kao što naš vlastiti imunosni sustav može prepoznati određeni patogen za borbu protiv infekcije.
CRISPR proteini u bakterijama lociraju i režu određene sekvencije DNK ili RNK koje se nalaze u virusima. Takvo precizno rezanje također čini CRISPR proteine učinkovitim alatima za uređivanje genoma različitih organizama. Zbog toga je razvoj CRISPR tehnologije za uređivanje genoma osvojio Nobelovu nagradu za kemiju 2020. godine.
Sada se znanstvenici nadaju da će upotrijebiti znanje o sustavima CRISPR za projektiranje faga kako bi uništili opasne bakterije. Kada konstruirani fag locira određene bakterije, on ubrizgava CRISPR proteine unutar bakterija i pritom uništava DNK mikroba.
Znanstvenici su pronašli način kako obranu pretvoriti u napad. Proteini koji su normalno uključeni u zaštitu od virusa preusmjereni su na ciljanje i uništavanje vlastitoga DNK bakterije. Znanstvenici mogu posebno ciljati DNK zbog kojega su bakterije otporne na antibiotike, čineći ovu vrstu fagoterapije izrazito učinkovitom.
Bakterija Clostridioides difficile jest soj bakterija otporan na antibiotike koji svake godine ubije 29.000 ljudi u SAD-u. U jednoj demonstraciji ove tehnike temeljene na CRISPR-u, istraživači su konstruirali fage kako bi ubrizgali molekulu koja usmjerava vlastite proteine CRISPR na bakterije da sažvaču DNK bakterije poput drobilice papira.
CRISPR nije jedini bakterijski imunosni sustav. Znanstvenici otkrivaju sve više koristeći kreativne mikrobiološke eksperimente i napredne računske alate. Već su pronašli desetke tisuća novih mikroba i desetke novih imunosnih sustava. Sada se nadaju da će pronaći više alata koji bi im mogli pomoći u stvaranju faga kako bi ciljali širi spektar bakterija.
Što to znači za nas u praksi
Znanost je samo polovina rješenja kada je riječ o borbi protiv ovih mikroba. Komercijalizacija i regulacija važne su kako bi se osiguralo da ova tehnologija bude dijelom društvenoga alata za sprječavanje širenja bakterija otpornih na antibiotike
Više tvrtki u svijetu trenutno se bavi inženjeringom faga odnosno identificiranjem prirodnih faga kako bi se uništile određene štetne bakterije. Tvrtke poput Felix Biotechnology i Cytophage proizvode specijalizirane fage koji ubijaju bakterije kako bi nadomjestili antibiotike u ljudskome zdravlju i poljoprivredi.
Cilj BiomX-a jest liječenje infekcija uobičajenih za kronične bolesti poput cistične fibroze i upalnih bolesti crijeva, koristeći prirodne i inženjerske koktele bakteriofaga. Razmišljajući globalno, tvrtka PhagePro koristi fage za liječenje kolere. Te smrtonosne bakterije utječu na ljude prvenstveno u Africi i Aziji.
Uz komercijalizaciju fagoterapije, ključne su politike koje olakšavaju sigurno ispitivanje i regulaciju tehnologije. Da bi se izbjeglo repliciranje lošega američkog odgovora na COVID-19, Kevin Doxzen vjeruje da svijet mora ulagati u inženjering, a zatim testirati fagoterapiju.
"Proaktivno planiranje pomoći će nam u borbi protiv svega onoga što bi bakterije otporne na antibiotike mogle širiti", zaključio je ovaj znanstvenik za The Conversation.
