Jak odkrywać nowe antybiotyki
Dr Bernhard Kepplinger, adiunkt w Zakładzie Mikrobiologii Molekularnej na Wydziale Biotechnologii Uniwerystetu Wrocławskiego na project pt. Identyfikacja nowych antybiotyków poprzez indukcję nieaktywnych klastrów genów, otrzymał niemal 3 mln zł dofinansowania w ramach konkursu OPUS 24 NCN.
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe (AMR) za obecnie jedno z największych globalnych zagrożeń dla zdrowia ludzkości. W 2019 r. około 5 milionów zgonów było spowodowanych infekcjami bakteryjnymi, których nie można było skutecznie leczyć istniejącymi antybiotykami. Niestety, liczba opracowywanych nowych antybiotyków znacznie spadła, co stawia nas w ryzykownej sytuacji.
Istnieje kilka przyczyn tego spadku. Po pierwsze, metoda zwana syntezą kombinatoryczną, która okazała się skuteczna w leczeniu wielu chorób, nie działała dobrze na bakterie ze względu na ich zdolność do uodparniania się na działanie leków i trudności w ich dostarczaniu. Po drugie, około 50 lat temu antybiotyki były powszechnie dostępne, tanie i skuteczne, więc firmy farmaceutyczne nie widziały większego powodu do opracowywania nowych. Brakowało też nowych rozwiązań, bowiem uważano, że większość związków pochodzących z naturalnych źródeł została już poznana.
- Dotychczas antybiotyki pochodziły od pewnych bakterii występujących w glebie, zwanych promieniowcami, które wytwarzały dwie trzecie wszystkich naturalnych antybiotyków. Niemniej jednak, nasze postrzeganie zmieniło się, gdy w 2002 roku ustalono pełną sekwencję genomu modelowego promieniowca o nazwie Streptomyces coelicolor. Okazało się, że bakteria ta może produkować znacznie więcej naturalnych antybiotyków niż wcześniej zakładano – tłumaczy badacz.
Niezależnie od posiadanej wiedzy, naukowcy musieli zmierzyć się z nie lada wyzwaniem. Wiele antybiotyków wytwarzanych przez te bakterie pozostawało nieaktywnych w warunkach laboratoryjnych, więc konieczne było znalezienie sposobu na aktywację ich genów produkujących antybiotyki. Do pewnego stopnia skuteczne okazały się różne metody, takie jak kohodowla z innymi organizmami, zmiana warunków hodowli i inżynieria genetyczna, jednak nie udało się opracować powszechnie akceptowanej metody.
- Uważam, że możemy uruchomić produkcję antybiotyków za pomocą metody zwanej mutagenezą transpozonową. Transpozony to małe elementy, które mogą poruszać się w DNA bakterii w sposób losowy. Mój zespół stworzy specjalny transpozon, do którego dołączone są silne aktywatory. Kiedy ten transpozon przeskoczy w pobliżu genów odpowiedzialnych za produkcję antybiotyków, aktywuje te geny, prowadząc do powstania antybiotyków – mówi Dr Bernhard Kepplinger.
Celem projektu jest dalsze rozwijanie i ulepszanie tej metody, abyśmy mogli skuteczniej odkrywać nowe antybiotyki. Ma to kluczowe znaczenie w walce z obecnym kryzysem ograniczonej podaży antybiotyków.
