IBM заменят антибиотики полимерами

Исследователи из IBM работают над созданием синтетического полимера, способного уничтожать устойчивые к антибиотикам бактерии. Одной из таких бактерий является метициллин-резистентный золотистый стафилококк.

Александр Флеминг выделил пенициллин из плесневых грибов в 1928 году, и его открытие стало ключевым для медицины и науки по двум причинам: во-первых, доктора наконец-то смогли лечить такие заболевания как пневмонию, гонорею и острую ревматическую лихорадку. До этого единственным существующим подходом к лечению таких заболеваний было лишь наблюдение, выжидание и надежда на то, что иммунная система пациента справится с инфекцией. Следует признать, что такое происходило не часто. Во-вторых, открытие Александра Флеминга продемонстрировало, что найденные в бактериях и грибах особые молекулы могут уничтожать другие бактерии – те, которые и вызывают инфекции, опасные для человека.

С того момента ученые находятся в постоянном поиске новых веществ, похожих на пенициллин, преследуя все ту же цель: лечить бактериальные и грибковые инфекции, поражающие человека. И с того же момента началась гонка со временем. Бактериальный геном подвержен частым изменениям, и, в то время как перед учеными стоит задача уничтожить новый штамм бактерий, их задача состоит в противоположном: выжить любой ценой. Исследования показывают, что в таких попытках «перетягивания каната» перевес постепенно оказывается на стороне бактерий. В мае 2016 года команда исследователей, основанная британским министерством здравоохранения, выпустила обзор на антибиотикорезистентность различных штаммов бактерий и подсчитала, что каждый год около 700 000 человек умирает от инфекций, устойчивых к антибиотикам (существуют такие инфекции, против которых на данный момент не существует эффективных препаратов). По их оценкам, к 2050 году, от таких инфекций может умереть порядка 10 миллионов человек, если исследователи не найдут способ «успевать» за быстро эволюционирующими возбудителями.

Ученые делают всё возможное в попытке избежать такого исхода. И, в то время как большинство исследований аналогичны исследованиям Александра Флеминга, и заключаются в поиске новых белков или иных веществ у микроорганизмов, IBM становится на другой путь: их ученые создали синтетическую макромолекулу, которая работает совершенно по-другому: уничтожает бактерию изнутри.

Исследователи предлагают решение для самого пугающего сценария, который может развиться в случае с бактерией, устойчивой к антибиотикам: а именно, когда такой возбудитель разносится по кровяному руслу, и инфекция приобретает системный характер. Ученые разработали макромолекулы, которые будут работать против пяти штаммов бактерий, входящих в список самых резистентных к действию антибиотиков возбудителей и обычно встречающихся в качестве внутрибольничных инфекций.

Ученые работают над созданием подобных синтетических макромолекул уже несколько лет, но их задача не из простых: к примеру, созданное вещество должно быть биоразлагаемым – то есть не оставаться в организме навсегда и выводиться без последствий –  а также иметь способность эффективно бороться с бактерией, не повреждая другие системы органов. Широко известно, что существующие лекарства, которые эффективны в лечении инфекций с высокой резистентностью к антибиотикам, борются с бактериями в обмен на токсическое поражение печени и других органов.

«Мы стараемся сымитировать работу нашего врожденного иммунитета», — рассказывает Джеймс Хэндрик, исследователь из IBM. Он и его команда опубликовали результаты своего исследования в журнале «Nature Communications». Наша иммунная система обнаруживает микроб и растворяет его мембрану, или, как говорит ученый – мы уничтожаем клеточных оккупантов, разрушая их естественные защитные барьеры.

«Таким образом, когда вы заражаетесь, ваше тело немедленно начинает секретировать противомикробные пептиды. В свою очередь, пептид — это просто модное название для полимерной молекулы». (А полимер, кстати, является тем же модным названием для известной нам макромолекулы). В последние годы работа многих ученых была сконцентрирована на создании этих макромолекул в лабораторных условиях.

Проблема в использовании такого же метода в случае с системной инфекцией, говорит Хэндрик, заключается в том, что, когда бактериальная клетка «взрывается» в организме, она производит токсины, которые немедленно попадают в кровоток. В ситуации с единичной клеткой, её разрушение не приведет к критическим последствиям. Но когда таких клеток миллионы – действие токсинов суммируется и становится смертельно опасным.

По словам Хэндрика, в прошлом синтетические полимеры использовали тот же принцип – в сущности, они уничтожали каждую бактерию, атакуя её со стороны цитоплазматической мембраны. Современные же полимеры, вместо того чтобы вызывать расплавление бактерии, воздействуют на нее изнутри.

Более того, Хэндрик и его команда также полагают, что такие препараты приведут к снижению антибиотикорезистентности бактерий. Полимер работает, используя силу электростатического взаимодействия между зарядами с противоположными знаками, направленными друг против друга. Он притягивает сам себя к нескольким локациям на поверхности бактерии. Это значит, что даже в случае изменения поверхностной структуры антигенов бактерии, вероятность того, что атакующий полимер останется на поверхности клетки, очень велика.

Команда IBM обнаружила, что созданный полимер является абсолютно биоразлагаемым и работает очень быстро. «Что именно делает этот новый класс материалов таким замечательным – это его способность полностью разрушаться по истечении трех дней. Этот полимер просто попадает в организм, убивает бактерию, деградирует и выводится».

На данный момент, все эти исследования были проведены на мышах, но Хэндрик утверждает, что его команда готова перейти к клиническим испытаниям на людях. Для IBM такой шаг будет предполагать сотрудничество с фармацевтическими компаниями, что постепенно, после успешных клинических исследований, приведет к созданию лекарства на базе этих полимеров.

Все это звучит очень многообещающе. Однако, исследователям предстоит еще долгий путь, пока лекарство станет упоминаться в рецептах врачей. Даже если полимеры прекрасно показали себя в испытаниях на мышах, результаты клинических исследований на людях могут несколько отличаться – по крайней мере лекарство покажет чуть меньшую эффективность. Более важным фактом является то, что макромолекулы разрушаются так же хорошо, как и в испытаниях на мышах. Именно опасения по поводу накопления таких полимеров в организме были преградой в предыдущих испытаниях.

Также, следует учитывать вопрос цены лекарства. Затраты на производство сконструированного в лаборатории полимера будут сильно превышать таковые на производство обычных антибиотиков, поэтому такие препараты будут дороже в закупке для фармацевтических компаний, и, как следствие, для потребителей.

Даже если лечение таким препаратом будет успешным — это не повод отказаться от дальнейших наблюдений за организмом после избавления от инфекции. К примеру, с целью установить уже упомянутое снижение антибиотикорезистентности штамма.

Снижение количества проводимых кесаревых сечений, сокращение случаев использования антибиотиков против небактериальных инфекций (к примеру, обычная простуда или грипп) или против тех, с которыми наша иммунная система в состоянии справиться сама, а также ограничение использования таких антибиотиков в производстве мяса – все это поможет в предотвращении роста количества антибиотикорезистентных бактерий, поражающих нас.

Несмотря на то, что препарат сумеет ослабить резистентность бактерий на некоторое время (по словам Хэндрика, сказать точную цифру пока сложно), это не означает, что он будет работать вечно. «Существуют очень умные бактерии. Я уверен, что, спустя десятилетия, они найдут способ ускользнуть от действия лекарства», — говорит Хэндрик – «Именно поэтому это противостояние будет бесконечным».

Антибиотики и противовирусные препараты – тема, которая уходит корнями в глубь истории. Но относительно недавно люди начали делать прививки, предотвращая возможное заражение инфекцией. Самые последние исследования показали, что прививки можно делать всем – и противопоказаний для этого нет.