U svijetu gdje se otpornost na antibiotike sve više pojavljuje kao ozbiljna globalna prijetnja, istraživači sa Sveučilišta Northwestern postigli su značajan proboj koji bi mogao preoblikovati naš pristup liječenju infekcija. Nedavna studija, koju vodi Erika Hartmann, pridružena profesorica građevinskog i okolišnog inženjerstva na istom sveučilištu, predstavlja revolucionarni pristup u korištenju modificirane DNK virusa, poznatog kao bakteriofag, za ciljano uništavanje opasnih bakterija.

Objavljeno 24. siječnja u prestižnom časopisu "Microbiology Spectrum", ovo istraživanje iznosi detalje o tome kako je tim znanstvenika uspio umetnuti modificiranu DNK bakteriofaga unutar Pseudomonas aeruginosa, poznate po svojoj iznimnoj otpornosti na antibiotike. Inovativnost ovog pristupa leži u sposobnosti DNK da zaobiđe obrambene mehanizme bakterije i da se sastavi u virione, koji potom prodiru kroz staničnu membranu bakterije, uzrokujući njenu smrt.

Ovo istraživanje ne samo da predstavlja novi način borbe protiv otpornih bakterija, već i pruža ključne uvide u unutarnje radove bakteriofaga, relativno neistraženog područja u mikrobiologiji. Hartmann, koja je također članica Centra za sintetičku biologiju na Sveučilištu Northwestern, ističe važnost ovog otkrića u svjetlu rastućeg problema antimikrobne rezistencije, opisane kao "tiha pandemija".

Prema podacima koje pruža Centar za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC), gotovo 3 milijuna slučajeva infekcija otpornih na antimikrobne lijekove godišnje se dogodi samo u Sjedinjenim Američkim Državama, s više od 35.000 smrtnih slučajeva kao posljedicom. Ova statistika naglašava očajnu potrebu za novim metodama liječenja.

Studija sa Sveučilišta Northwestern otvara mogućnosti za razvoj novih terapeutika koji bi koristili dizajnirane viruse za borbu protiv superbakterija. Njihov pristup predstavlja nadu u borbi protiv jednog od najvećih zdravstvenih izazova današnjice i nagovještava početak nove ere u medicinskom istraživanju i liječenju.

Ovaj rastući problem potaknuo je istraživače da traže alternative antibiotiku, koji kontinuirano gubi na učinkovitosti. U posljednjih nekoliko godina, pažnja istraživačke zajednice sve više se usmjerava prema terapijama bakteriofagima. Iako postoji milijarde bakteriofaga, znanstvenici zapravo znaju vrlo malo o njima.

"Erika Hartmann je istaknula kako za svaku bakteriju postoji desetak bakteriofaga, što ukazuje na astronomski velik broj bakteriofaga na Zemlji. Međutim, razumijemo samo nekoliko od njih. Dosad nismo imali dovoljno motivacije za njihovo detaljno proučavanje. Sada, kada je motivacija tu, povećavamo broj alata koji imamo na raspolaganju za njihovo istraživanje", objašnjava Hartmann.

Liječenje bez nuspojava
U potrazi za potencijalnim terapijama bakteriofagima, istraživači ili identificiraju ili modificiraju postojeći virus kako bi selektivno ciljali bakterijsku infekciju, ne narušavajući ostatak tijela. Idealno, znanstvenici bi jednog dana mogli prilagoditi terapiju bakteriofagima za infekciju specifičnom bakterijom, dizajnirajući terapeutike "po narudžbi" s preciznim karakteristikama i svojstvima za liječenje pojedinačnih infekcija.

"Što je moćno kod bakteriofaga jest njihova specifičnost, na način na koji antibiotici nisu", rekla je Hartmann. "Ako uzmete antibiotik za sinusnu infekciju, na primjer, on narušava cijeli vaš gastrointestinalni trakt. Terapija bakteriofagom može biti dizajnirana tako da utječe samo na infekciju."

Iako su drugi istraživači istraživali terapije bakteriofagima, gotovo sva dosadašnja istraživanja fokusirala su se na korištenje bakteriofaga za inficiranje Escherichia coli. Hartmann, međutim, odlučila se usredotočiti na P. aeruginosa, jednu od pet najsmrtonosnijih patogena kod ljudi. Posebno opasna za osobe s oslabljenim imunološkim sustavom, P. aeruginosa je vodeći uzrok bolničkih infekcija, često inficirajući pacijente s opekotinama ili kirurškim ranama, kao i pluća kod osoba s cističnom fibrozom.

"Riječ je o jednom od najviših prioriteta, višestruko otpornih patogena o kojima su mnogi zaista zabrinuti", rekla je Hartmann. "Izuzetno je otporna na lijekove, stoga postoji hitna potreba za razvojem alternativnih terapeutika."

Oponašanje infekcije, zaobilaženje obrana
Istraživački tim sa Sveučilišta Northwestern koristio je ovu strategiju za ciljano napadanje P. aeruginosa, koristeći pristup koji oponaša infekciju, ali istovremeno zaobilazi prirodne obrambene mehanizme bakterije. Ovaj pristup otvara novi put u liječenju infekcija, nudeći alternativu klasičnim metodama koje se oslanjaju na antibiotike.

Ova studija ne samo da pokazuje potencijal bakteriofaga kao oružja protiv otpornih bakterija, već i naglašava potrebu za dubljim razumijevanjem ovih virusa. Poticanje dodatnih istraživanja može dovesti do novih otkrića i boljeg razumijevanja mikrobiologije, što bi moglo imati dalekosežne posljedice za javno zdravlje.

Ovo pionirsko istraživanje predstavlja samo vrh sante leda u potencijalu što bakteriofagi mogu ponuditi u svijetu medicine. S obzirom na njihovu sposobnost da ciljaju i uništavaju specifične bakterije bez štetnih nuspojava, bakteriofagi se čine kao obećavajući kandidati za budućnost borbe protiv antibiotik rezistentnih infekcija.

U svojoj studiji, Hartmann i njezin tim započeli su s bakterijom P. aeruginosa te su pročistili DNK iz nekoliko bakteriofaga. Zatim su upotrijebili elektroporaciju - tehniku koja isporučuje kratke, visokonaponske električne impulse - kako bi privremeno probušili rupe u vanjskoj stanici bakterije. Kroz te rupe, DNK bakteriofaga ulazila je u bakteriju kako bi se oponašao proces infekcije.

U nekim slučajevima, bakterije su prepoznale DNK kao strano tijelo i razrezale DNK kako bi se zaštitile. No, nakon što su upotrijebili sintetičku biologiju za optimizaciju procesa, Hartmannin tim uspio je isključiti antivirusne mehanizme samoobrane bakterija. U tim slučajevima, DNK je uspješno prenosila informacije u stanicu, rezultirajući virionima koji su ubijali bakterije.

"Gdje smo bili uspješni, možete vidjeti tamne mrlje na bakterijama", rekla je Hartmann. "To su mjesta gdje su virusi izbili iz stanica i ubili sve bakterije."

Nakon ovog uspjeha, Hartmannin tim uveo je DNK iz još dva bakteriofaga koja prirodno nisu u stanju inficirati njihov soj P. aeruginosa. Ponovno, proces je uspio.

Proizvodnja bakteriofaga unutar stanice
Ne samo da je bakteriofag ubio bakterije, već su bakterije također izbacile milijarde drugih bakteriofaga. Ovi bakteriofagi zatim se mogu koristiti za uništavanje drugih bakterija, poput onih koje uzrokuju infekciju.

Dalje, Hartmann planira nastaviti s modificiranjem DNK bakteriofaga kako bi optimizirala potencijalne terapije. Za sada, njezin tim proučava bakteriofage izbačene iz P. aeruginosa.

"Ovo je važan dio u stvaranju terapija bakteriofagima", rekla je. "Možemo proučavati naše bakteriofage kako bismo odlučili koje razviti i na kraju ih masovno proizvoditi kao terapeutik."

Studija, "Sintetičko-biološki pristup sastavljanju i ponovnom pokretanju klinički relevantnih repnih bakteriofaga Pseudomonas aeruginosa", podržana je od strane Walder Foundation, Nacionalne zaklade za znanost i Nacionalnih instituta za zdravlje.

Istraživanje je pokazalo kako se mogu koristiti bakteriofagi za borbu protiv otpornih bakterija, otvarajući novo područje u medicinskim istraživanjima. Ovakav pristup ne samo da pruža novu strategiju u borbi protiv infekcija, već i naglašava važnost daljnjeg istraživanja i razvoja u području sintetičke biologije i mikrobiologije. Ova studija predstavlja važan korak naprijed u razumijevanju i korištenju bakteriofaga u medicinske svrhe, pružajući novu nadu za budućnost liječenja infekcija.

Izvor: Northwestern University