Před čtvrtstoletím přiblížila Světová zdravotnická organizace na svých webových stránkách čtyři tisíciletí léčby onemocnění vyvolaných bakteriemi následujícím scénářem:
Rok 2000 př. n. l.: Jsi nemocný? Sněz tenhle kořínek!
Rok 1000 n. l.: Léčení kořínky je pohanské. Pomodli se!
Rok 1850: Modlitba je pověra. Vypij lektvar!
Rok 1920: Lektvary jsou šarlatánství. Spolkni pilulku!
Rok 1945: Staré pilulky nezabíraji. Spolkni penicilin!
Rok 1955: Ejhle, to je překvapení! Bakterie zmutovaly. Spolkni tetracyklin!
Roky 1960 až 1999: Došlo k 39 dalším podobným „Ejhle!“. Spolkni tohle ještě účinnější antibiotikum!
Rok 2000: Bakterie zvítězily. Sněz tenhle kořínek!
Za posledních pětadvacet let se na tom mnoho nezměnilo a odborníci stále častěji hovoří o „antibiotické krizi“: objevují se nové bakterie, ovšem spektrum léků, které proti nim zabírají, se nebezpečně zužuje. A výsledky bývají nejisté. Týká se to třeba původců tuberkulózy Mycobacteriurn tuberculosis, bakterií Neisseria gonorrhoeae, vyvolávajících kapavku, nebezpečných kmenů střevní bakterie Escherichia coli, původce těžkých zápalů plic Klebsiella pnetunoniae a řady dalších mikrobů.
Lékaři proti nim nasazují kombinace několika antibiotických „těžkých kalibrů“, takže pacienti čelí nejen infekci, ale i silným nežádoucím vedlejším účinkům. Podle studie publikované předním lékařským časopisem The Lancet zemřelo v roce 2019 ve světě na infekce vyvolané rezistentními bakteriemi 1,27 milionu lidí. Do roku 2050 může roční počet obětí mikrobů vzdorujících antibiotikům stoupnout na 10 milionů.
Jak se bakterie brání
Většina nových antibiotik přicházejících na trh je odvozena od stávajících léků a rezistentní bakterie mají s adaptací na ně usnadněnou úlohu, proto jsou nová antibiotika vítána s velkou slávou. Nedávno vzbudilo značnou pozornost antibiotikum lolamicin, které spolehlivě zabírá proti 130 rezistentním bakteriím, ale přitom bez poškození nechává bohatou střevní mikroflóru. Lék se ale zatím osvědčil jen proti bakteriím pěstovaným v laboratorních podmínkách a z těžkých infekci vyléčil pouze laboratorní myši.
Jeho objevitel Paul Hergenrother z University of Illinois ale varuje: „Bude zapotřebí ještě několik let výzkumu. Lolamicin a od něj odvozená antibiotika musí úspěšně projít testy proti dalším kmenům bakterií a musí také obstát při toxikologických zkouškách. U každého nového antibiotika je také nutné zjistit, jak rychle si proti němu bakterie vytvoří rezistenci. To je problém, který dříve či později nastane u každého antibiotika používaného k léčbě bakteriálních infekcí.“
Sinice podstoupily kbelíkovou výzvu. Poznají, že se blíží zima, žijí ale jen šest hodin. K čemu jim znalost je? |
Vznik rezistence proti antibiotikům je přirozený proces založený na přírodním výběru. S odolnými mikroby se koneckonců potýkali už objevitelé prvního anti-biotika, penicilinu: už v roce 1942 byly známy čtyři kmeny bakterie Staphylo-coccus aureus, na něž penicilin nezabíral.
Na rychlém vzniku rezistence má svůj podíl i způsob, jakým jsou nová antibioti-ka objevována. Často se rekrutují z látek produkovaných mikroorganismy, což byl i případ penicilinu, vylučovaného do okolí plisní Penicillium chrysogenum.
Mikrobi proti mikrobům
V přírodě mikrobi vedou nesmiřitelné války, v nichž své konkurenty decimuji látkami, jež si farmacie vypůjčuje pro léčbu infekcí. Bakterie, proti nimž jsou tyto mikrobiální chemické zbraně namířeny, se brání vývojem rezistence. Geny, jimiž je evoluce na ochranu před arzenálem konkurence vybavila, tak tvoří nedílnou součást dědičné informace četných mikroorganismů.
Bakterie si geny mezi sebou nejednou mění jako na nějaké burze. A pokud se potká původce choroby s „divokým“ mikrobem rezistentním vůči antibiotiku, může od něj obranné geny získat a oproti jiným bakteriím si zajistí významné výhody. V těle pacienta léčeného antibiotikem všichni jeho konkurenti zmizí a on má pak volné pole působnosti. Můžeme si být jisti, že v dědičné informaci bakterií žijících v přírodě se už dnes vyskytují geny pro rezistenci k antibiotikům, která vědci doposud neobjevili.
Moderní věda se s antibiotickou krizí nesmířila a odborníci na nových antibioti-kách pracují hned na několika frontách. Ze hry není ani starý dobrý postup, jenž přivedl k objevu penicilinu britského lékaře Alexandera Fleminga. Výhodou je, že jeho následovníci dnes nemusejí začínat od nuly a mohou pátrat mezi již objevenými antibiotiky.
Kapavka, syfilis, chlamydie: pohlavní choroby mají pré. Bakterie si umějí odolnost vůči antibiotikům předávat |
Vědci se dlouho soustředili na antibiotika se záběrem proti co nejširšímu spekt-ru původců chorob a často pomíjeli látky, které zasahovaly jen vybrané mikroby. Příkladem je hygromycin A, objevený už v roce 1953. Ten se při léčbě neprosadil, protože neproniká do buněk mnoha nebezpečných mikrobů, nedávno se ale ukázal jako překvapivě účinný vůči původci lymské borreliózy, bakterii Borreliella burgdorferi, a lékaři ho už pro léčbu tohoto onemocněni, jež je přenášeno klíšťaty, testují.
Při hledání nových antibiotik se výzkumníci soustředili na látky produkované mikroorganismy, jež se daly snadno pěstovat v laboratoři. Dnes už ale umějí vytvořit příhodné podmínky i pro mikroby se speciálními nároky, kteří se jim odměňují produkci nových antibiotik. Tak se podařilo objevit třeba teixobactin, osvědčený již při léčbě pokusných zvířat, který míří k testováni na pacientech.
Bakterie versus umělá inteligence
Vývoj nových antibiotik neminul ani nástup umělé inteligence. A vědci si od něj hodně slibují: „Zdá se, že vstupujeme do éry, kdy budeme nová antibiotika objevovat rychlejším tempem, než jakým se u původců chorob vyvíjí rezistence,“ říká mikrobiolog Jonathan Stokes z McMaster University v kanadském Hamiltonu.
Živočichové si vyrábějí pestrou škálu bílkovin, jejichž prostřednictvím se brání atakům bakterií. Díky umělé inteligenci vědci nemusejí tyto bílkoviny z těl živočichů namáhavě izolovat a následně je komplikovaně testovat, ale mohou vyjít z databází, kde jsou uloženy genomy pestré plejády tvorů, a umělá inteligence jim naznačí, co bílkoviny kódované jednotlivými geny dovedou.
Choroby klíčí ve střevech. Jak mikrobiom posílit a proč ho děti narozené „císařem“ nemají ideální? |
Navíc se nemusejí omezovat jen na současnou faunu: v databázích jsou jim k dispozici genomy záhadných pravěkých lidí označovaných jako denisované nebo jejich současníků neandertálců. A to není vše, výzkumníci pasou po antibiotických bílkovinách i v dědičné informaci mamutů a mastodontů nebo vyhynulého obřího jelena megalocera. Odhalili už dlouhou řadu nadějných molekul, které nyní prověřují.
Výroba bílkovin je složitá a drahá, a tak řada vědců využívá umělé inteligence k pátrání po menších, snáze syntetizovatelných a v neposlední řadě i levnějších molekulách s antibiotickými účinky. Ze struktury stávajících úspěšných antibiotik se snaží odvodit strukturu nových potenciálně účinných látek. Jistě, nelze očekávat, že z umělé inteligence vypadne nějaký zázračný recept na nové antibiotikum, skvěle se však hodí k prvnímu prověření milionů známých chemikálií a vytipování užšího okruhu těch, kterým se vyplatí věnovat hlubší zájem.
Díky lomu se lékaři začali zajímat o halicin, určený původně k léčbě cukrovky. V roli antibiotika se jeví slibně proti vysoce rezistentním bakteriím Acinetobacter baumannii, jež jsou postrachem pacientů na jednotkách intenzivní péče. Se stejnou razancí by měl halicin hubit i střevní bakterii Clostridioides difficile, produkující nebezpečné toxiny a vyvolávající život ohrožující průjmy. Novější typy umělé inteligence už pracují na zadání: vědci určí, jaké by měla mít molekula vlastnosti, např. jaké komponenty bakteriální buňky by měla poškozovat, a umělá inteligence nabídne vzorce látek, u nichž je pravděpodobné, že zadání splňují.
Pomůže mikrofluidický čip?
Nová léčba bakteriálních infekcí nepotřebuje vždycky nové léky. Vědci testují proti rezistentním mikrobům kombinace běžně užívaných antibiotik, protože ta se mohou ve svých účincích vzájemně posilovat a společně zvládnout to, co žádné z nich samo o sobě nezajistí – tedy vyléčení nákazy.
Léčebné „koktejly“ ovšem nemusí obsahovat jen antibiotika. Často pomohou i látky, které sice samy bakterie nezabíjejí, ale akci antibiotik umocní nebo usnadní, například naruší tvorbu tzv. biofilmů, což jsou povlaky tvořené společenstvy bakterií. Mikrobi v nich spolu čile komunikují, poskytují si navzájem látky důležité pro růst a množení, a navíc je biofilm dokonale kryje před účinky léků. A díky umělé inteligenci se podařilo například zjistit, že látka kaempferol, izolovaná z jahod, nedovolí vytvářet biofilmy obávané bakterii Acinetobacter baumannii.
K řešení antibiotické krize napomůže i méně častá léčba antibiotiky, a vědci proto pátrají po alternativních přístupech. Hledají způsoby, jak povzbudit imunitní systém, aby původce choroby zvládl vlastními silami. Proti bakteriím vyvolávajícím vážná onemocnění se vyvíjejí vakcíny a vědci zkoušejí hubit původce chorob i pomocí protilátek nebo virů bakteriofágů. Výrazný pokrok by přinesla také rychlá diagnóza a určení léků, ke kterým je mikrob nejvnímavější. Především u těžkých případů není času nazbyt a špatná volba antibiotika může účinnou léčbu fatálně zdržet.
Velké naděje upírají lékaři k tzv. mikrofluidickým čipům, opatřeným miliony kanálků mikroskopických rozměrů. Zařízení o hraně půl centimetru hostí testované bakterie a umožňuje jejich sledování silně zvětšujícím automatizovaným mikroskopem. Bakterie se v čipu dostávají do kontaktu s různými antibiotiky a z jejich růstu, množení i tvaru buněk lze usuzovat, které léky mikroba ničí s nejvyšší účinností.
Mikrofluidický čip, vyvinutý ve Švédsku, odliší bakteriální zánět močových cest od virového a v případě, že je původcem bakterie, vybere nejvhodnější antibiotikum. Analýza je kompletní během tři čtvrtě hodiny, v technických možnostech je ale zkrácení správné diagnózy a léčby až na deset minut.
Po letech pesimismu a obav, zda nakonec nepřijde doba postantibiotická a medicína se nebude vracet „ke kořínkům“ našich předků, je ve vědecké obci znovu cítit svěží vítr mírného optimismu. Ten vyvěrá z dosavadních povzbudivých vysledků útoku vedeného proti rezistentním bakteriím paralelně na mnoha frontách.
