Antibiotikaresistens: Forskere "Togceller" for å avslutte dødelig krise

Narkotika-resistente superbugs har truet menneskers helse i flere tiår. Situasjonen blir verre på grunn av mangelen på nye antibiotika. Men hva om vi forandret måten vi har som mål å behandle dem, og trente våre celler for å drepe disse inntrengerne i stedet for å stole på antibiotika for å gjøre det skitne arbeidet? Denne nye strategien, kalt et vertsmålrettet forsvar, kan bidra til å løse antibiotikaresistensproblemet.

Antibiotikaresistens er en voksende bekymring for global helse. En nylig rapport som er oppdraget av den britiske regjeringen, viser at hvert år globalt dør rundt 700 000 mennesker på grunn av infeksjoner forårsaket av stoffresistente bakterier. Rapporten varslet også at dødsfallet uten tiltak kunne stige til 10 millioner globalt og koste 80 billioner dollar til verdensøkonomien.

Se også: Antibiotikaresistente bakterier kan stoppes med gammel irsk folkebehandling

Legemiddelresistens er også et alvorlig problem i USA. Mer enn 23 000 mennesker dør hvert år på grunn av multidrug-resistente patogener og koster landet rundt $ 55 milliarder per år. De viktigste skyldige som truer USA er meticillinresistente Staphylococcus aureus (MRSA), karbapenemresistent Enterobacteriaceae (CRE), og Clostridium difficile.

Mangelen på nye antibakterielle stoffer i utvikling for å takle den voksende trusselen er en forstyrrende trend. Et patogen som er resistent mot et stoff reservert for å behandle infeksjoner når alle andre har sviktet, er en spesiell bekymring. Dette er tilfellet med karbapenemresistente patogener.

Nedgangen i antibakterielle stoffer kombinert med fremveksten av stoffresistente patogener krever alternative tilnærminger.

I Malay Haldar's lab, sammen med andre prosjekter, studerer mine kolleger og jeg hvordan faktorer i en dyr vert spiller en rolle som svar på infeksjoner. For å teste tilnærmingen, gjør vi dette arbeidet med en musemodell av infeksjoner. Vårt mål er å finne nye egenskaper eller faktorer av verten som kan målrettes for å øke individets immunrespons høyt nok til å drepe de fornærmende mikrober. Vertsfaktoren vi undersøker kalles Spi-C, et gen som finnes i hver celle i menneskekroppen.

Målrettende vertsfaktorer

Min interesse for vertsfaktorer oppsto under mine studier. Mens jeg jobber på Ph.D. forskningsprosjekt, lærte jeg at vertsfaktorer, en rekke egenskaper som er iboende for mennesker, spiller en viktig rolle i bakterielle infeksjoner. Dette inspirerte meg til å undersøke hvordan verts immunsystem bekjemper bakterier.

Ny innsikt i vertsforsvaret mot patogener har ført til at forskere har utforsket en ny strategi som heter host-directed therapy (HDT), en relativt ny ide som bare har eksistert i omtrent et tiår.

Målet med HDT er å forbedre og forsterke verts immunrespons for å drepe patogener, i stedet for å stole utelukkende på antibakterielle stoffer. Ved å målrette vertsfaktorer samt levere antibiotikabehandling, lever HDTs en dobbelt whammy.

Kroppen reagerer naturlig på infeksjoner med betennelse, en prosess der bestemte populasjoner av immunceller angriper og dreper de invaderende bakteriene ved å spise dem eller zapping dem med proteinvåpen. Ukontrollert betennelse utløser imidlertid produksjonen av proteiner som kan forårsake flerkanalsvikt og kan til og med drepe verten. Derfor er kontroll av betennelse viktig for å bekjempe patogener samt å beskytte kroppen mot hyperinflammasjon.

HDT inkluderer en rekke behandlinger som øker vertsresponsen mot patogener og også beskytter verten mot overdrevet immunrespons. HDT inkluderer celleterapi, hvor en bestemt populasjon av beinmargsceller injiseres i verten for å forhindre overdreven immunrespons og vevskader. En annen HDT innebærer ofte brukte stoffer for ikke-infeksjonssykdommer. Statiner og ibuprofen, for eksempel, beroliger vertsresponsen mot infeksjoner. Biologics, det komplekse molekylet stoffet produsert av rekombinant DNA-teknologi, gjør dette også ved å nøytralisere små proteiner og redusere vevskader. Ernæringsmessige produkter, som vitamin D3, har også vist seg å forårsake at en verts immunceller frigjør antibakterielle stoffer som forbedrer patogen-drap.

HDT sammen med antibakterielle legemidler viser stort løfte om behandling av ulike multidrugresistente patogener, spesielt mot Mycobacterium tuberculosis, patogenet som forårsaker tuberkulose, en av de ti beste dødsårsakene over hele verden.

Tilpasse behandlinger for infeksjoner

I det siste tiåret har forskere gjort mye fremgang i vertsfaktorforskning, som fører til nye terapeutiske strategier.

En av dem er personlig medisin, hvor en genomisk blåkopi kan bestemme individets unike susceptibiliteter mot sykdommer og velge passende behandlinger.

Dette konseptet brukes i ikke-smittsomme sykdommer som kreft. Imidlertid er anvendelsen av konseptet i smittsomme sykdommer svært nylig. Likevel gir personlig medisin oss muligheten til å spekulere på hvorfor enkelte personer er mer utsatt for infeksjoner enn andre. Mine kolleger og jeg tror at slike forskjeller kan skyldes subtile forskjeller i DNA fra vertsfaktorgenene. Ved å knytte disse forskjellene, kalt polymorfismer, til nivået av enkeltpersoners sårbarhet mot infeksjoner, håper vi at vår forskning vil bidra til presisjonsmedisin av bakterielle infeksjoner.

Vår søken etter en ny vertskapsfaktor

Mine kolleger i Haldar lab og jeg undersøker rollen som Spi-C i bakteriell infeksjon. Spi-C er avgjørende for utviklingen av en bestemt type celler i milten som regulerer jernlagringen i kroppen. Jern er viktig for transport av oksygen i røde blodlegemer.

Men i løpet av infeksjoner krever bakterier også jern. De trenger det for vekst, og de konkurrerer med verten for å få det. Hvis vi kan endre aktiviteten til Spi-C-genet, kan vi derfor frata bakterier av dette viktige næringsstoffet og dermed stoppe infeksjonene uten å skade verten.

I en fersk papir oppsummerte vi effekten av jern i vertsceller og dets interaksjoner med vertsfaktorer i nærvær eller fravær av infeksjoner.

I mus testet vi rollen som vertsfaktor, Spi-C, som en måte å forsvare verten på. I denne studien injiserte vi et kjemikalie som er en komponent av bakteriene i musene. Vi ønsket å utløse endringer som oppstår i dyret under en ekte bakteriell infeksjon.

Se også: "Marerittbakterier": Hva du trenger å vite om antibiotikaresistente bakterier

Våre foreløpige resultater viste at vertsfaktoren er aktiv i forskjellige organer av musene som behandles med kjemikaliet. Vi tror at denne aktiveringen spiller en rolle i vertsforsvaret. Og faktisk fant vi at tap av Spi-C aktivitet økte frigivelsen av små proteiner som letter vertsforsvaret mot patogener sammenlignet med cellene som har normal Spi-C aktivitet. Vi tror at denne endringen i små proteiner kan beskytte verten mot hyperinflammasjon som følge av infeksjon.

Vi tror at skifting av vår tankegang fra patogen-målrettet terapi til vertsstyrt terapi bruker oss i en ny avdeling av presisjonsmedisin, noe som kan bidra til å avslutte narkotikaresistenskrisen.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Zahidul Alam. Les den opprinnelige artikkelen.