SME
Piatok, 4. december, 2020 | Meniny má Barbora, BarbaraKrížovkyKrížovky
PODCAST PRAVIDELNÁ DÁVKA

Čo nám priniesli antibiotiká a ako ich nahradíme?

O minulosti, súčasnosti a budúcnosti antibiotík.

Vypočujte si podcast

Počúvajte cez >> Apple podcasty | Spotify | Google podcasty | RSS

Antibiotiká a príbeh sprevádzajúci ich objav patrí medzi najtriumfálnejšie úspechy modernej vedy a medicíny. Ako veľmi nám pomohli? Je ťažké to odhadnúť, no údaje o priemernej dĺžke života nám s tým môžu pomôcť. Napríklad podľa údajov amerického Centra pre kontrolu chorôb (CDC) bola pred začiatkom 20. storočia priemerná očakávaná dĺžka života pri narodení asi 47 rokov aj v industrializovanom svete.

Infekčné ochorenia ako napríklad kiahne, cholera, diftéria, zápal pľúc, týfus, horúčka, mor, tuberkulóza, alebo syfilis boli široko rozšírené a patrili medzi najvýznamnejšie príčiny úmrtia. Po takzvanej zlatej antibiotickej ére ktorá nastala medzi 50. a 70. rokmi 20. storočia a v ktorej sa rapídne zvýšilo množstvo dostupných antibiotík, priemerná predpokladaná dĺžka života pri narodení v Spojených Štátoch vzrástla na 78.8 roka a infekčné ochorenia nahradili neprenosné ochorenia ako kardiovaskulárne problémy, rakovina, či mŕtvica. Antibiotiká teda mali obrovský vplyv nielen na zdravie ľudí, ale aj na celú spoločnosť.

Skryť Vypnúť reklamu

Je preto dôležité rozprávať sa o nich a tiež o tom, ako nachádzať nové antibiotiká - alebo ako ich nahradiť. Ale poďme pekne po poriadku.

Čo sú to vlastne antibiotiká? Antibiotiká sú antimikrobiálnymi látkami, ktoré dokážu zamedziť rastu baktérií, prípadne ich priamo zabíjať. Niektoré antibiotiká sú dokonca efektívne aj v liečbe parazitických infekcií prvokmi, teda jednobunkovými eukaryotickými organizmami (teda niektoré antibiotiká sú efektívne aj voči iným živočíchom ako sú baktérie).

Antibiotiká sa delia rôznymi spôsobmi, či už podľa mechanizmu ich účinku, chemickej aktivity, spektrálnosti, alebo aktivity. Väčšina antibiotík cieli na bakteriálne funkcie, alebo na rastové procesy.

Penicilín či cefalosporín, priamo bránia baktérii produkovať svoju bunkovú stenu alebo, v prípade polymyxínov bunkovú membránu, čím bránia úspešnej bakteriálnej replikácii. Ďalšie, ako rifamycín, bránia replikácii bakteriálnej DNA.

Skryť Vypnúť reklamu

Iné, ako napríklad tetracyklín, bránia baktériám pridávať nové aminokyseliny do vznikajúceho peptidového reťazca a tým bránia syntéze nových bielkovín. A ako vie každý správny kulturista a biológ, život je o proteínoch - a to platí aj pre úbohé baktérie. No a ďalšie, ako sulfonamídy, zase nedovoľujú baktériám vyrábať folickú kyselinu, ktorú baktérie potrebujú pre svoj rast.

Iný spôsob rozdelenia antibiotík je na širokospektrálne, či na úzkospektrálne. Úzkospektrálne antibiotiká cielia na špecifické typy baktérií, rozdelené napríklad na Gram-pozitívne baktérie ako Stafylokoky či Streptokoky, alebo Gram-negatívne baktérie, medzi ktoré patria Escherichie, či Salmonelly. Toto rozdelenie neznamená, že Salmonelly by mali väčší sklon k depresii ako Stafylokoky - baktérie takto delíme podľa rôznych typov zloženia a štruktúry ich bunkových stien.

Skryť Vypnúť reklamu

Pri akých ochoreniach nám antibiotiká pomáhajú? Nuž, pri tých bakteriálnych. Od sexuálne prenosných ochorení ako sú chlamýdie či syfilis, až po tuberkulózu, či týfus. Samozrejme, antibiotiká nemôžu vyliečiť vírusové ochorenia, no môžu pomôcť pri pridružených bakteriálnych ochoreniach. Takže toľko základy biológie antibiotík - povedzme si niečo o ich histórii.

Aj keď si mnohí z nás myslia, že prvé využívanie antibiotík nastalo až po objave penicilínu Sirom Alexandrom Flemingom v roku 1928, nie je to tak. Prvé pozostatky antibiotika tetracyklín boli napríklad nájdené už v ľudských pozostatkoch zo Sudánu, ktoré sú datované do 4. až 6. storočia nášho letopočtu, ktorého distribúcia v kostiach je údajne vysvetliteľná výskytom tetracyklínu v jedle - a podľa niektorých zdrojov to bolo dokonca pivo, čím v žiadnom prípade nepodporujem konzumáciu piva.

Skryť Vypnúť reklamu

Ako prvý s ideou antibiotika prišiel nositeľ Nobelovej ceny Paul Ehrlich, ktorý si všimol, že isté farbivá menia farbu ľudských, alebo zvieracích buniek, no iné ju nezmenia. Na základe toho navrhol, že by mohli existovať látky ,ktoré by selektívne zabíjali baktérie bez toho, aby ublížili ľuďom - rozhodne to bol lepší a vizionárskejší nápad, ako šialené arzénové kúry predpisované v minulosti! Ehrlich a jeho kolega Sahachiro Hata pracovali na vývoji rôznych chemikálií,ktorými sa snažili liečiť rôzne trypanosomiázy a najmä syfilis. Museli byť veľmi trpezliví, keďže až 606. zlúčenina s ktorou experimentovali dokázala úspešne liečiť syfilis. Dnes túto zlúčeninu poznáme ako arsfenamín.

Už v 19. storočí bolo známe, že rast niektorých mikroorganizmov bráni rastu iných mikroorganizmov. Potenciál týchto poznatkov si uvedomoval už aj Louis Pasteur, ktorý povedal, že využitie tohto nepriateľského vzťahu medzi mikroorganizmami by mohlo byť jednou z najväčších nádejí v moderných terapeutikách.

Skryť Vypnúť reklamu

Nuž a tak sa dostávame k penicilínu, molekule produkovanej istými plesňami, ktorá zabíja isté druhy baktérií. Fleming si vo svojom laboratóriu všimol, že spóry zelenej plesne, Penicilium chrysogenum zabili alebo zabránili rastu choroboplodných baktérií. Navrhol, že tieto plesne musia produkovať antibakteriálnu látku, ktorú nazval v roku 1928 penicilín. Tiež popísal jej biologické vlastnosti a navrhol, že by mohla byť v budúcnosti využitá na medicínske účely.

Nenadarmo sa teda budova medicíny na Imperial College London, kde Fleming pracoval, nesie Flemingovo meno. Ako prví čistý penicilín následne vyizolovali Ernst Chain s kolegami a Chain spolu s Flemingom a Howardom Floreyom získali v roku 1945 Nobelovu cenu. Mimochodom je fascinujúce, že Fleming už v roku 1936 počas prednášky na Imperial College predpovedal, že lekári budú antibiotiká používať príliš často a zbytočne a baktérie si tak na ne vytvoria rezistenciu - aká prorocká predpoveď!

Skryť Vypnúť reklamu

Počas dvadsiateho storočia následne značne rástol počet nových antibiotík - hlavne medzi rokmi 1935 a 1968, kedy bolo objavených 12 nových tried antibiotík. No následne množstvo novo-objavených antibiotík značne kleslo - medzi rokmi 1969 a 2003 sa podarilo objaviť len dve nové triedy.

Bohužiaľ, súčasné tempo objavovania nových antibiotík je rozhodne neadekvátne zvyšujúcej sa schopnosti baktérií vytvárať si antibiotickú rezistenciu. Baktérie sú totiž mimoriadne prefíkané a majú množstvo času, príležitostí a najmä motivácie pracovať na tvorbe antibiotickej rezistencie - ide im totiž doslova o život.

Hlavné mechanizmy, ktorými si baktérie tvoria odolnosť voči antibiotikám zahŕňajú limitovanie množstva antibiotika, ktoré sa dostane do vnútra bunky, modifikáciu samotného antibiotika, jeho deaktiváciu a zvýšené vylučovanie antibiotík pomocou rôznych bunkových púmp.

Skryť Vypnúť reklamu

Nadmerné používanie antibiotík viedlo k rezistencii baktérií na niektoré antibiotiká ako je penicilín alebo erythromycín už od 50. rokov 20. storočia. Antibiotiká sa bohužiaľ často používajú nadmerne a nesprávne v nemocniciach, kde teda pozorujeme príchod množstva bakteriálnych kmeňov, ktoré už nereagujú takmer na žiadne bežné antibiotiká.

Typické príklady zlého využitia antibiotík zahŕňajú ich preventívne (pre fajnšmekrov profylaktické) využitie antibiotík u cestovateľov, či predpísanie nesprávnej dávky antibiotík v závislosti na hmotnosti pacienta a predchádzajúceho užívania antibiotík. A tiež tu máme notorické predpisovanie antibiotík na vírusové infekcie, bez predchádzajúceho potvrdenia bakteriálnej infekcie. Okrem toho, pacienti často neužívajú celú dávku antibiotík podľa pokynov.

Skryť Vypnúť reklamu

Antibiotická rezistencia niektorých baktérií ako sú Clostridium difficile alebo MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus) jednou z najväčších výziev pre modernú medicínu. Ako nám moderné technológie pomáhajú riešiť tento problém? Ako by sme mohli získať nové antibiotiká, alebo, ako by sme ich mohli nahradiť.

Prvou možnosťou je skríning prirodzených živých organizmov a hľadanie antibiotík v bakteriálnych, kvasinkových, rastlinných, či zvieracích extraktoch. Pôdne baktérie napríklad boli v minulosti veľmi bohatým zdrojom antibiotík.

Niektoré organizmy nepôsobia priamo ako antibiotiká, no môžu brániť antibiotickej rezistencii mechanizmami ako je zastavenie činnosti bakteriálnych púmp, ktoré by dokázali vylúčiť antibiotiká z bakteriálnych buniek. Veľmi nám tu pomáha strojové učenie a Deep Learning - tento rok vyšla fascinujúca štúdia z laboratórii Jima Collinsa a Georgea Churcha, kde pomocou Deep Learningu autori dokázali predpovedať antibiotické vlastnosti látky halicín a následne overiť jej funkčnosť v myšiach. Ak vás to zaujíma, referencia číslo 8 je pre Vás.

Skryť Vypnúť reklamu

Iným spôsobom, ako nahradiť antibiotiká, je využitie monoklonálnych protilátok. Tieto protilátky sa viažu priamo na určité bunky a proteíny a môžu tak stimulovať bunky imunitného systému, aby následne zaútočili na bunky, na ktoré sú protilátky naviazané. Takto sa lekári napríklad snažia liečiť rezistentné infekcie spôsobené baktériou Clostridium difficile.

Exotickejšie antibakteriálne liečby zahŕňajú využitie vírusov, ktoré dokážu priamo napádať baktérie, nazývaných bakteriofágy, ktoré dokážu využiť bunkovú mašinériu baktérie na to, aby sa v baktérii množili a následne vytvorili látky, ktoré doslova rozpustia bakteriálnu membránu.

Ich výhodou je to, že bakteriofágy môžu byť veľmi presne mierené proti špecifickým baktériám, čo chráni “dobré” baktérie pred smrťou. Na druhej strane, fágy môžu obsahovať aj toxické gény a môžu viesť k problémom s imunitnou odpoveďou organizmu.

Skryť Vypnúť reklamu

Ďalšou zaujímavou potenciálnou náhradou antibiotík je využitie antisense-RNA, teda RNA, ktorá dokáže presne interferovať s mRNA a zabrániť tak produkcii proteínov. Ak antisense-RNA dokáže brániť produkcii proteínov, ktoré baktéria potrebuje na prežitie, prípadne na svoju odolnosť voči antibiotikám, tak ju dokáže takýmto spôsobom vyradiť z hry.

A nakoniec je tu CRISPR-Cas9. Tento bakteriálny imunitný systém by mal pri svojom pôvodnom využití baktériu chrániť, - lenže, tento systém genetickí inžinieri dokážu upraviť tak, aby enzým Cas9 dokázal útočiť na gény, ktoré spôsobujú bakteriálnu rezistenciu voči antibiotikám. Tento prístup sa úspešne podarilo aplikovať na modeli infekcie baktériou E. coli.

Ako vidíte, antibiotiká si prešli dlhú cestu - od dôb, keď boli úplnou vzácnosťou, cez dni, keď ich lekári predpisovali ako cukríky, až po dobu, kedy začíname prichádzať so zaujímavými náhradami. Dúfajme však, že tu s nami ešte nejaký čas zostanú a budú zachraňovať ďalšie milióny životov.

Skryť Vypnúť reklamu

Referencie

[1] Adedeji, W. A. (2016). THE TREASURE CALLED ANTIBIOTICS. Annals of Ibadan Postgraduate Medicine, 14(2), 56–57. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28337088

[2] FastStats - Life Expectancy. (n.d.). Retrieved October 22, 2020, from https://www.cdc.gov/nchs/fastats/life-expectancy.htm

[3] Aminov, R. I. (2010). A brief history of the antibiotic era: Lessons learned and challenges for the future. Frontiers in Microbiology, 1(DEC). https://doi.org/10.3389/fmicb.2010.00134

[4] Baltz, R. H. (2018). Synthetic biology, genome mining, and combinatorial biosynthesis of NRPS-derived antibiotics: a perspective. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 45(7), 635–649. https://doi.org/10.1007/s10295-017-1999-8

Skryť Vypnúť reklamu

[5] Wright, G. (2014, April 30). Perspective: Synthetic biology revives antibiotics. Nature. Nature Publishing Group. https://doi.org/10.1038/509S13a

[6] Gerstmans, H., Criel, B., & Briers, Y. (2018, May 1). Synthetic biology of modular endolysins. Biotechnology Advances. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.12.009

[7] Pedrolli, D. B., Ribeiro, N. V., Squizato, P. N., de Jesus, V. N., Cozetto, D. A., Tuma, R. B., … Cerri, M. O. (2019, January 1). Engineering Microbial Living Therapeutics: The Synthetic Biology Toolbox. Trends in Biotechnology. Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2018.09.005

[8] Stokes, J. M., Yang, K., Swanson, K., Jin, W., Cubillos-Ruiz, A., Donghia, N. M., … Collins, J. J. (2020). A Deep Learning Approach to Antibiotic Discovery. Cell, 180(4), 688-702.e13. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021

Skryť Vypnúť reklamu

[9] Laxminarayan, R., Duse, A., Wattal, C., Zaidi, A. K. M., Wertheim, H. F. L., Sumpradit, N., … Cars, O. (2013, December). Antibiotic resistance-the need for global solutions. The Lancet Infectious Diseases. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(13)70318-9


[10] Antibiotic - Wikipedia. (n.d.). Retrieved October 22, 2020, from https://en.wikipedia.org/wiki/Antibiotic

Všetky podcasty denníka SME

Všetky podcasty denníka SME si môžete vypočuť na jednom mieste na podcasty.sme.sk.

Ak máte záujem o reklamný spot v podcastoch alebo inú spoluprácu, napíšte nám na podcasty.inzercia@ sme.sk, pošleme vám cenovú ponuku.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Téma: Antibiotiká

Prečítajte si aj ďalšie články k téme
Článok je zaradený aj do ďalších tém
Pravidelná dávka | Vzdelávací podcast
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Premiér Igor Matovič a minister školstva Branislav Gröhling.
Minister zdravotníctva Marek Krajčí.

Jankovská by chcela Vianoce na slobode. Vylúčené to nie je

Rozhodnúť môže sama prokurátorka alebo na žiadosť aj súd.

Monika Jankovská.
Dnes píše Matia Lenická

All I want for Christmas

Ak sa bránime, sme radikáli. Ak sa ozývame, páchame propagandu. Dajte pokoj aspoň na Vianoce!

Matia Lenická
ŠPORT

Mal mať rozprávkovú kariéru. Hlúpa mladá hlava všetko zničila, spomína

Strelil najrýchlejší gól v najvyššej súťaži?

Neprehliadnite tiež

Vizualizácia - ClearSpace zachytáva odpadok.

Číňania tvrdia, že dosiahli kvantovú nadvládu

Míľnik dosiahol už druhý stroj na svete.

Ilustračné foto.
Podcast Tech_FM

Grónsky ľad sa už nikdy nemusí spamätať

Nové správy z vedy.

Marián Brestič