Ένα πολύτιμο εργαλείο για την καταπολέμηση των υπερμικροβίων βρέθηκε στο βάθος της ερήμου

Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης

Οι επιστήμονες στρέφονται στα πιο ακραία περιβάλλοντα του πλανήτη προκειμένου να βρουν νέους τρόπους καταπολέμησης της αντοχής στα φάρμακα.

Στη βόρεια Κίνα, εκεί όπου η έρημος Gobi συναντά το Θιβετιανό Οροπέδιο, βρίσκεται μια τεράστια έκταση από κυματιστούς αμμόλοφους, βουνά και γυμνούς βράχους. Οι χειμώνες εδώ είναι μεγάλοι και σκληροί, με τις θερμοκρασίες να πέφτουν κάτω από τους -25 βαθμούς Κελσίου και οι βροχοπτώσεις είναι τόσο σποραδικές που μόνο καλά προσαρμοσμένα είδη μπορούν να επιβιώσουν. Για δεκαετίες, οι ερευνητές προσπαθούν να αναζητήσουν ζωή που είναι ενδεχόμενο να υπάρξει σε αυτό το εχθρικό περιβάλλον.

Πρόσφατα κυνηγούν κάτι πιο συγκεκριμένο. Πιστεύουν ότι οι οργανισμοί που ζουν σε σκληρά και εχθρικά περιβάλλοντα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην καταπολέμηση της επείγουσας και συνεχώς αυξανόμενης απειλής των (ανθεκτικών στα αντιβιοτικά) μικροβίων, τα οποία γίνονται όλο και πιο θανατηφόρα. Η πρώτη ολοκληρωμένη αξιολόγηση του αντίκτυπου τους, που δημοσιεύθηκε νωρίτερα αυτό το έτος, εκτιμά ότι τα ανθεκτικά στα φάρμακα βακτήρια σκότωσαν – άμεσα – πάνω από ένα εκατομμύριο ανθρώπους το 2019 και έπαιξαν ρόλο στον θάνατο πολλών εκατομμυρίων περισσότερων ανθρώπων.

Ένας τρόπος αντιμετώπισης αυτής της απειλής είναι η εύρεση νέων αντιβιοτικών – ουσιών στις οποίες τα βακτήρια δεν είχαν την ευκαιρία να γίνουν ανθεκτικά – και τα ίδια τα βακτήρια είναι μια καλή πηγή για αυτά. Πολλά φάρμακα που χρησιμοποιούμε σήμερα είναι ουσίες που παράγουν τα βακτήρια για να προστατευτούν από άλλα μικρόβια. Ως εκ τούτου, πολλές έρευνες επικεντρώνονται στην εύρεση νέων βακτηρίων με αντιμικροβιακές ιδιότητες – εξ ου και η πεζοπορία στην έρημο.

«Η ιδέα είναι ότι όσο πιο ακραίες είναι οι συνθήκες, τόσο περισσότερο οι οργανισμοί που υπάρχουν θα αναγκαστούν να εξελιχθούν και να προσαρμοστούν», λέει ο Paul Dyson, μοριακός μικροβιολόγος στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Swansea στο Ηνωμένο Βασίλειο. Όπου οι δύσκολες συνθήκες σημαίνουν υψηλό ανταγωνισμό για επιβίωση, ανευρίσκονται βακτήρια που παράγουν ισχυρότερες άμυνες έναντι των αντιπάλων τους, λέει η θεωρία. Στα βάθη της ερήμου, ο Dyson και οι συνεργάτες του στην Κινεζική Ακαδημία Επιστημών ανακάλυψαν ένα είδος βακτηρίων που όντως έχει ένα πλεονέκτημα – και θα μπορούσε να μεταμορφώσει την ίδια τη διαδικασία ανακάλυψης νέων αντιβιοτικών.

Το 2013, οι Κινέζοι συνάδελφοι του Dyson απομόνωσαν ένα προηγουμένως άγνωστο είδος βακτηρίων Streptomyces που είχαν ανακαλύψει στα νότια της ερήμου Gobi, σε μια περιοχή που ονομάζεται Alxa Plateau. Μετά τον προσδιορισμό της αλληλουχίας του γονιδιώματος του βακτηρίου, διαπίστωσαν ότι όχι μόνο παρήγαγε ουσίες που σκότωναν άλλα βακτήρια, αλλά ότι ήταν επίσης εξαιρετικά γρήγορα αναπτυσσόμενο σε σύγκριση με ήδη γνωστά είδη Streptomyces.

Ο προσδιορισμός της αλληλουχίας αποκάλυψε επίσης ότι αυτό το βακτήριο της ερήμου διέθετε ένα γονίδιο μεταφορας RNA (tRNA) που δεν είχαν ξαναδεί. Πρόκειται για ένα μόριο που επιτρέπει στους οργανισμούς να διαβάσουν το γενετικό τους υλικό και με αυτόν τον τρόπο, να δημιουργήσουν τα άλλα μόρια που χρειάζονται. Ο Dyson και η ομάδα του σύντομα διαπίστωσαν ότι αυτό το γονίδιο tRNA που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, πυροδοτεί τους μοριακούς διακόπτες που ελέγχουν την παραγωγή αντιβιοτικών πολύ πιο αποτελεσματικά από ότι στα συμβατικά βακτήρια που παράγουν αντιβιοτικά.

Πολλά από τα – πιο σημαντικά για την Ιατρική – βακτήρια ανήκουν στο γένος Streptomyces: μια ομάδα που περιλαμβάνει περισσότερα από 500 γνωστά είδη. Αυτά βρίσκονται τόσο ευρέως στο έδαφος, που τα μόρια που παράγονται από το Streptomyces είναι αυτά που δίνουν στο έδαφος τη χαρακτηριστική γήινη μυρωδιά του. Το πιο σημαντικό, τα Streptomyces είναι μια ζωτική πηγή φαρμάκων. Πάνω από τα δύο τρίτα των φυσικών αντιβιοτικών που χρησιμοποιούνται σήμερα προέρχονται από αυτήν την ομάδα βακτηρίων.

Υπάρχουν αναμφίβολα πολλά περισσότερα βακτήρια εκεί έξω που θα μπορούσαν να μας δώσουν χρήσιμα νέα αντιβιοτικά. Όμως, αν βρεί κανείς κάποιο βακτήριο που φαίνεται να είναι πολλά υποσχόμενο, το επόμενο βήμα είναι να το πείσει να δημιουργήσει επαρκείς ποσότητες αντιβιοτικών για ανάλυση – και αυτό μπορεί να είναι μια πραγματική πρόκληση.

Η ανακάλυψη αντιβιοτικών «συχνά εμποδίζεται από τη χαμηλή απόδοση», λέει η Laura Piddock, επιστημονική διευθύντρια του Global Antibiotic R&D Partnership (GARDP) στη Γενεύη. Επιπλέον, μερικές φορές ένα βακτήριο θα έχει τη δυνατότητα να παράγει χρήσιμες ουσίες, αλλά «ο γενετικός μηχανισμός είναι απενεργοποιημένος, επομένως δεν παράγεται αντιβιοτικό», προσθέτει η Piddock.

Γνωρίζοντας αυτό, ο Dyson και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να πάρουν το γονίδιο tRNA από το ταχέως αναπτυσσόμενο βακτήριο της ερήμου και να το προσθέσουν στα συμβατικά βακτήρια Streptomyces που χρησιμοποιούνται ήδη για την παραγωγή κλινικών αντιβιοτικών. Η υπόθεση της ομάδας ήταν ότι το γονίδιο από το ταχέως αναπτυσσόμενο βακτήριο θα υπερφόρτιζε την παραγωγή αντιβιοτικών από τα άλλα βακτήρια – αυτό ακριβώς συνέβη. Τα τροποποιημένα βακτήρια παρήγαγαν αντιβιοτικές ενώσεις σε δύο έως τρεις ημέρες – περίπου τον μισό χρόνο που χρειάζονται συνήθως τα συμβατικά είδη Streptomyces.

Αυτά τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nucleic Acids Research, θα μπορούσαν να είναι εξαιρετικά χρήσιμα στην αναζήτηση νέων θεραπειών. Εάν οι επιστήμονες βρουν ένα νέο βακτήριο που φαίνεται να παράγει κάτι χρήσιμο ως φάρμακο – αλλά δεν παράγει πολύ από αυτό (όπως συμβαίνει συχνά) – υπάρχει ένα εργαλείο που θα το κάνει δυνητικά πιο παραγωγικό. «Πιστεύω ακράδαντα ότι αυτή είναι μια πολύ απλή στρατηγική που πρέπει να ενσωματωθεί σε οποιοδήποτε νέο πρόγραμμα ανακάλυψης αντιβιοτικών», λέει ο Dyson.

Η Piddock συμφωνεί. Το να πείσουμε τα βακτήρια να παράγουν μεγαλύτερους όγκους αντιβιοτικών ουσιών «θα είναι πολύ ενδιαφέρον για τους ερευνητές σε αυτόν τον τομέα» και θα έχει θετικό αντίκτυπο στην ανθρώπινη υγεία, λέει. «Αυτό θα τους δώσει τη δυνατότητα να ανακαλύψουν νέα αντιβιοτικά που θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση νέων φαρμάκων για τη θεραπεία λοιμώξεων».

Αυτά είναι καλά νέα, καθώς αυτή τη στιγμή η Παγκόσμια Τράπεζα εκτιμά ότι η μικροβιακή αντοχή (AMR) είναι μία από τις μεγαλύτερες απειλές για την παγκόσμια υγεία, την ασφάλεια των τροφίμων και την ανάπτυξη. Σύμφωνα με μια ανησυχητική έκθεση του ΟΗΕ για το 2019, εάν δεν ληφθούν μέτρα για την καταπολέμηση αυτών των σταθερά εξαπλούμενων υπερμικροβίων, 10 εκατομμύρια άνθρωποι ετησίως θα μπορούσαν να πεθάνουν από ασθένειες ανθεκτικές στα αντιβιοτικά, έως το 2050. Αναφορικά, η αυξημένη χρήση αντιβιοτικών κατά τη διάρκεια της πανδημίας (για την προστασία ασθενών με κορονοϊό από δευτερογενείς λοιμώξεις) έχει προκαλέσει αύξηση της αντοχής στα φάρμακα αυτά.

Η ανθεκτικότητα εμφανίζεται όταν τα βακτήρια εκτίθενται επανειλημμένα σε αντιβιοτικά και εξελίσσονται δημιουργώντας μηχανισμούς για να τα αντιμετωπίσουν. Το φαινόμενο επιδεινώνεται και επιταχύνεται από την κατάχρηση και την υπερβολική χρήση αντιβιοτικών τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ζώα – συμπεριλαμβανομένης της άστοχης λήψης αντιβιοτικών για ιογενείς ασθένειες (δεδομένου ότι οι ιοί δεν επηρεάζονται από αυτά) και όταν χορηγούνται σε υγιή ζώα για την πρόληψη ασθενειών η την επιτάχυνση της αύξησης του βάρους των.

«Είναι αδύνατο σε οποιοδήποτε σημείο να σταματήσει εντελώς η AMR, καθώς είναι ένα φυσικό φαινόμενο, αλλά ο ρυθμός και η απειλή μπορούν να μετριαστούν και να ελεγχθούν», λέει ο Hatim Sati του Τμήματος Αντιμικροβιακής Αντίστασης στον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας.

Το βακτήριο της ερήμου του Dyson είναι ένα είδος που θα μπορούσε να βοηθήσει, αλλά υπάρχουν πολλά άλλα προσαρμοσμένα σε ακραία περιβάλλοντα που θα μπορούσαν επίσης να προσφέρουν διέξοδο. Αυτοί οι οργανισμοί που ονομάζονται ακραιόφιλοι (extremophiles), έχουν απομονωθεί από μερικά από τα πιο αφιλόξενα μέρη της Γης: υποθαλάσσια ηφαίστεια, σφουγγάρια βαθέων υδάτων και ανάμεσα στην άμμο του πιο ξηρού μέρους της γης. Αυτά τα οικοσυστήματα έχουν έντονα υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες, pH, πίεση ή αλμυρότητα ή συνδυασμούς όλων αυτών.

Πριν από μερικά χρόνια, ο Dyson ήταν μέλος μιας άλλης ομάδας που ανακάλυψε πολλά νέα είδη Streptomyces στα Boho Highlands στη Βόρεια Ιρλανδία, μια περιοχή γνωστή για τη βιοποικιλότητά της. Το τοπίο αποτελείται από ασβεστόλιθο, πολύ όξινους βάλτους και αλκαλικά λιβάδια, και οι προκλήσεις αυτών των χαρακτηριστικών – όπως στην έρημο Gobi – προσφέρουν ένα μοναδικό περιβάλλον για την εξέλιξη δυνητικά πιο ανθεκτικών βακτηρίων. Για αιώνες, η γη – η οποία καταλήφθηκε από παγανιστές Δρυίδες πριν από 1.500 χρόνια – είχε μια μυστικιστική φήμη, με το έδαφος ιδιαίτερα γνωστό για τις επουλωτικές και θεραπευτικές του ιδιότητες, που χρησιμοποιούνταν συχνά σε βάμματα και για τη θεραπεία τραυμάτων. 

Ο Gerry Quinn, επιστήμονας της ομάδας που ζούσε στο Boho, λέει ότι ο προ – θείος του ήταν τοπικός θεραπευτής στην περιοχή και ήταν γνωστό ότι κατείχε τη γνώση για θεραπεία πολλών ασθενειών. «Υπήρχαν πάντα ιστορίες ανθρώπων που κατείχαν αυτή τη γνώση, λέει ο Quinn. «Ήταν πραγματικά ένα καλά φυλαγμένο μυστικό ενός φαρμάκου, που μεταδόθηκε από τη μια γενιά στην άλλη με πολύ αυστηρούς κανόνες. Δεν μπορούσες να πουλήσεις τη θεραπεία, δεν μπορούσες να ξεγελάσεις το άτομο που αναζητούσε τη θεραπεία και έπρεπε να τη φτιάξεις ακριβώς όπως σου έμαθαν».

Αναπολώντας τέτοιες παραδόσεις, ο Quinn επέστρεψε στη γη όπου συνήθιζε να μαζεύει  σανό και αντ' αυτού συγκέντρωσε δείγματα βακτηρίων. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ένα από τα στελέχη βακτηρίων, το οποίο η ομάδα ονόμασε Streptomyces sp. myrophorea, ήταν σε θέση να καταπολεμήσει τέσσερα από τα έξι κορυφαία παθογόνα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά, συμπεριλαμβανομένου του MRSA (Χρυσιζων σταφυλόκοκκος ανθεκτικός στην Μεθικιλλινη).

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ανακάλυψη αυτών των μικροβίων είναι μόνο το πρώτο από τα πολλά βήματα στην ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών φαρμάκων. Πολύ λίγες ουσίες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα θα καταλήξουν να γίνουν φάρμακο, είτε λόγω της τοξικότητάς τους για τον άνθρωπο είτε λόγω διαφόρων άλλων παραγόντων. Ακόμη και όταν ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια, ακολουθούν χρόνια κλινικών δοκιμών.

Ωστόσο, ο Dyson ελπίζει ότι το κλειδί για την υπέρβαση του AMR βρίσκεται εκεί έξω στη άγρια φύση και ότι με το πρόσφατα ανακαλυφθέν γονίδιο tRNA, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να το αξιοποιήσουν στο έπακρο. Προς το παρόν, ωστόσο, η αναζήτηση για πολλά υποσχόμενα βακτήρια συνεχίζεται – πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές θα εξακολουθήσουν να βγαίνουν  στα πιο ακραία περιβάλλοντα της Γης.

Πηγή: Wired