Επιστήμονες εντόπισαν ένα σύμπλεγμα γονιδίων σε ένα κοινό βακτήριο του εδάφους που παράγει μια σειρά από αντιβιοτικά ικανά να δράσουν εναντίον πολυανθεκτικών βακτηρίων, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων που είναι πιο δύσκολο για τα παθογόνα να αναπτύξουν αντοχή.
Οι λοιμώξεις από ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια αυξάνονται ραγδαία, καθώς τα μικρόβια αναπτύσσουν τρόπους να παρακάμπτουν τα υπάρχοντα φάρμακα. Οι προβλέψεις κάνουν λόγο για περίπου 39 εκατομμύρια θανάτους μεταξύ 2025 και 2050 παγκοσμίως, καθιστώντας επιτακτική την ανάγκη για αντιβιοτικά με νέους μηχανισμούς δράσης.
Το «μεγα-σύμπλεγμα» γονιδίων
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο περιοδικό Nature, ερευνητές αναφέρουν την ανακάλυψη ενός «μεγα-συμπλέγματος» γονιδίων στο βακτήριο Streptomyces, το οποίο στοχεύει μια βασική μεταβολική διαδικασία. Το Streptomyces είναι ένα από τα πιο μελετημένα βακτηριακά γένη και παράγει πολλές αντιβιοτικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένης της στρεπτομυκίνης, του πρώτου αποτελεσματικού αντιβιοτικού κατά της φυματίωσης.
«Ανακάλυψαν κάτι νέο σε ένα σύστημα που έχει μελετηθεί τόσο εκτενώς — κρυμμένο σε κοινή θέα», δήλωσε ο Μαρκ Μπλάσκοβιτς, ερευνητής ανάπτυξης αντιβιοτικών στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ στην Αυστραλία.
Το γονιδιακό σύμπλεγμα παράγει πέντε ενώσεις — τέσσερα αντιβιοτικά και μια πρωτεΐνη — που στοχεύουν διαφορετικά στάδια της παραγωγής βιοτίνης (βιταμίνης Β7), η οποία είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των βακτηριακών κυττάρων. «Δεδομένου ότι η εξέλιξη έχει ήδη βελτιστοποιήσει αυτόν τον συνδυασμό, μπορεί να είμαστε σε θέση να τον αξιοποιήσουμε για την ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών συνδυασμών», πρόσθεσε ο Μπλάσκοβιτς.
Πλεονέκτημα έναντι της αντοχής
Είναι πολύ πιο δύσκολο για τα βακτήρια να αναπτύξουν αντοχή σε αντιβιοτικά που επιτίθενται σε πολλαπλά σημεία μιας βασικής μεταβολικής οδού, εξήγησε ο Μπρένταν Ρεν, μικροβιολόγος στη Σχολή Υγιεινής και Τροπικής Ιατρικής του Λονδίνου. Η νέα εργασία θα μπορούσε επίσης να οδηγήσει στην ανακάλυψη γονιδιακών συμπλεγμάτων που παράγουν αντιβιοτικές ενώσεις που εμπλέκονται σε άλλες μεταβολικές διαδικασίες.
Αναζήτηση δεκαετιών
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Έρικ Μπράουν, βιοχημικός στο Πανεπιστήμιο McMaster στον Καναδά, ανέφερε ότι ο ίδιος και η ομάδα του ερευνούσαν τον μεταβολισμό της βιοτίνης ως πιθανό στόχο για αντιβιοτικά επί δεκαετίες, όταν ανακάλυψαν το μεγα-γονιδιακό σύμπλεγμα.
Μελετώντας τις στραβιδίνες, μια γνωστή κατηγορία αντιβιοτικών που στοχεύουν τη βιοτίνη, διαπίστωσαν ότι τα γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις ενώσεις αποτελούν μέρος ενός μεγαλύτερου συνόλου DNA που εμπλέκεται στον σχηματισμό βιοτίνης. Επιπλέον, αυτό το DNA κωδικοποιούσε τρεις άλλες οικογένειες αντιβιοτικών: την ασιδομυκίνη, την α-Με-ΚΑΡΑ και μια νεοανακαλυφθείσα οικογένεια ενώσεων που ονομάζονται δαπαμυκίνες. Η γονιδιακή περιοχή περιείχε επίσης γονίδια για την πρωτεΐνη στρεπταβιδίνη.
Η ομάδα επιβεβαίωσε τον ρόλο αυτών των γονιδίων κλωνοποιώντας ένα τμήμα DNA μήκους 65.808 ζευγών βάσεων που περιείχε το μεγα-σύμπλεγμα και το εισήγαγε σε ένα εργαστηριακό στέλεχος Streptomyces.
«Είναι άνευ προηγουμένου να βρίσκουμε τέσσερα βιοσυνθετικά γονιδιακά συμπλέγματα σε μία μόνο τοποθεσία που παράγουν τέσσερα μόρια που στοχεύουν την ίδια οδό», δήλωσε ο Μπράουν. Η ομάδα βρήκε παρόμοια γονιδιακά συμπλέγματα σε πολλά είδη Streptomyces, υποδηλώνοντας ότι έχουν διατηρηθεί μέσω της εξέλιξης.
Συνδυαστική θεραπεία από τη φύση
Αυτό που κάνει την ανακάλυψη ιδιαίτερα σημαντική είναι το γεγονός ότι η φύση έχει ήδη «δοκιμάσει» αυτόν τον συνδυασμό αντιβιοτικών μέσω της εξέλιξης. Αντίθετα με τις συμβατικές προσεγγίσεις όπου οι επιστήμονες δοκιμάζουν τυχαίους συνδυασμούς φαρμάκων, η φυσική αυτή συν-τοποθέτηση γονιδίων υποδηλώνει ότι τα τέσσερα αντιβιοτικά λειτουργούν συνεργιστικά.
Η ανακάλυψη αυτή έρχεται σε μια κρίσιμη στιγμή, καθώς η αντιμικροβιακή αντοχή (AMR) χαρακτηρίζεται από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας ως μία από τις μεγαλύτερες απειλές για τη δημόσια υγεία παγκοσμίως. Η ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών έχει επιβραδυνθεί δραματικά τις τελευταίες δεκαετίες, καθώς οι φαρμακευτικές εταιρείες έχουν αποσυρθεί από τον τομέα λόγω περιορισμένων οικονομικών κινήτρων.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η στρατηγική της φυσικής συνδυαστικής θεραπείας θα μπορούσε να αναβιώσει το ενδιαφέρον για την ανακάλυψη νέων αντιβιοτικών και να οδηγήσει σε θεραπείες που παραμένουν αποτελεσματικές για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, προτού τα βακτήρια αναπτύξουν αντοχή.