Oporność na antybiotyki, uznawana za jeden z największych kryzysów zdrowia publicznego na świecie, każdego roku prowadzi do ponad miliona zgonów. Prognozy Światowej Organizacji Zdrowia przewidują, że do 2050 roku jej skala może przewyższyć nowotwory i choroby serca jako główną przyczynę śmierci, ponieważ coraz więcej bakterii rozwija mechanizmy obronne przeciwko lekom zaprojektowanym, by je zwalczać.
W przełomowym badaniu naukowcy z Tulane University odkryli unikalny wzorzec genetyczny u bakterii, który może przewidywać ich zdolność do rozwinięcia oporności na antybiotyki. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature Communications mogą znacznie pomóc w szybszym identyfikowaniu spersonalizowanych terapii bardziej skutecznych wobec patogenów odpornych na leczenie.
„Jeśli zauważymy ten wzorzec podczas sekwencjonowania genomu bakterii, możemy przewidzieć, że stanie się odporna na leki, gdy spróbujemy ją leczyć” – wyjaśnia Kalen Hall, PhD, główny autor badania, które zostało zrealizowane przed ukończeniem przez niego Tulane University School of Medicine w 2024 roku.
W centrum uwagi badania znalazła się bakteria Pseudomonas aeruginosa, znana ze swojej zdolności do wielolekowej oporności oraz częstego wywoływania zakażeń w środowisku szpitalnym. Te bakterie są podatne na wady w konkretnym szlaku naprawy DNA, co sprzyja szybkim mutacjom, a w konsekwencji zwiększa prawdopodobieństwo rozwoju oporności na antybiotyki.
Badacze zastosowali metodykę analizy wzorców mutacyjnych – technologię wykorzystywaną przede wszystkim w badaniach nad nowotworami – w celu zmapowania zmian genetycznych w bakteriach. Zidentyfikowali specyficzny wzorzec powiązany z niedoborami w naprawie DNA, który pozwalał dokładnie przewidzieć potencjał bakterii do nabycia oporności na antybiotyki.
„To w istocie odcisk palca, który pozwala przewidzieć obecność potencjalnie wielolekoodpornych bakterii” – powiedział Zac Pursell, PhD, profesor nadzwyczajny biochemii i biologii molekularnej w Tulane University School of Medicine.
Jednak oporność na antybiotyki rozwija się wyłącznie w przypadku, gdy bakterie zostaną potraktowane lekiem, który nie jest w stanie ich skutecznie zabić. To podkreśla kluczową rolę w odpowiednim doborze terapii. Sprawę dodatkowo komplikuje fakt, że bakterie mogą rozwijać oporność również na leki, które nie były użyte w początkowej fazie leczenia.
„Ponad 50% przepisywanych antybiotyków jest albo niepotrzebnych, albo niewłaściwie dobranych, a zastosowanie niewłaściwego leku jeszcze bardziej napędza rozwój oporności” – zauważa Hall.
Obiecujące jest jednak to, że technologia sekwencjonowania DNA, która pozwala identyfikować „odciski palca” bakterii, może również wskazać ich słabe punkty, które mogą być wykorzystane przez lekarzy. Naukowcom udało się zidentyfikować alternatywne ścieżki rozwoju oporności i zastosować specyficzne kombinacje antybiotyków, które te ścieżki skutecznie blokują, uniemożliwiając bakteriom dalsze nabywanie odporności na leki.
Chociaż badania znajdują się na wczesnym etapie, udane stworzenie narzędzia diagnostycznego może znacząco ograniczyć nadmierne stosowanie antybiotyków oraz pozwolić na precyzyjniejsze leczenie infekcji bakteryjnych. Kalen Hall, obecnie CEO i współzałożyciel startupu Informuta Inc. z siedzibą w San Diego, planuje rozwinięcie modelu opartego na uczeniu maszynowym, który będzie mógł analizować próbki bakterii i przewidywać ich zdolność do rozwijania oporności.
„Obecnie nie ma na rynku niczego podobnego, a byłoby to rewolucyjne dla wielu grup pacjentów. Oporność na antybiotyki z każdym rokiem się pogarsza” – podkreśla Hall. „Właściwe zarządzanie antybiotykami oraz precyzyjna diagnostyka to kluczowe elementy tej układanki”.
