Najnowsze wyniki badań prowadzonych w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN dowodzą, że nauka może skutecznie pomóc w profilaktyce i zwalczaniu chorób wywoływanych przez antybiotykooporne szczepy tego gronkowca. Jak? Poprzez wprowadzenie do walki z nimi bakteriofagów (wirusów infekujących tylko bakterie) i bakteriocyn (małych białek produkowanych przez niektóre bakterie przeciwko innym drobnoustrojom).

– W ramach wieloletnich badań wykazaliśmy wysoką skuteczność przeciwgronkowcową naszych unikalnych kombinacji bakteriofagów. Opracowaliśmy metodologię ich pozyskiwania, otrzymując jednorodny, czysty genetycznie preparat – opowiada prof. dr hab. Małgorzata Łobocka, szefowa Pracowni Biologii Bakteriofagów z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN.

Okazuje się, że odpowiednio dobrane zestawy bakteriofagów potrafią niszczyć aż 90 proc. lekoopornych szczepów gronkowca złocistego. I takie właśnie zestawy w formie gotowych preparatów opracował zespół prof. Łobockiej. – Po dopracowaniu procesu produkcji, można będzie nimi traktować np. zakażoną gronkowcem skórę, nie niszcząc przy tym pożytecznych bakterii obecnych w tych miejscach. Chodzi m.in. o powszechnie trapiące młode pokolenie gronkowcowe zakażenia trądzikowe. Potrafimy przygotować bakteriofagowy preparat pod każdy szczep gronkowca – tłumaczy biolożka.

Dowodzą tego m.in. eksperymenty na nicieniach. O skuteczności preparatów bakteriofagowych zadecydowała zarówno przeżywalność zakażonych gronkowcem nicieni po podaniu bakteriofagów, jak i znikanie z ich ciał żywych komórek gronkowca.

Z kolei dr hab. Tamara Aleksandrzak-Piekarczyk, która w Instytucie Biochemii i Biofizyki PAN kieruje Pracownią Mikrobiologii Stosowanej, przekonuje, że bakteriocyny także mogą działać na różne rodzaje patogenów. W tym na bakterie stanowiące zagrożenie dla zdrowia publicznego, takie jak wielolekooporne gronkowce czy enterokoki.

– Bakteriocyny zaburzają ich funkcjonowanie poprzez niszczenie barier oddzielających bakterię od świata zewnętrznego, takich jak błona lub ściana komórkowa. Wykazały to nasze eksperymenty. Dzieje się tak, gdyż bakteriocyny mają właściwości, które zakłócają podstawowe procesy życiowe docelowych komórek bakteryjnych, a to skutkuje zahamowaniem ich wzrostu lub nawet śmiercią. W efekcie wróg ginie, a pacjent zdrowieje – wyjaśnia naukowczyni.

W przypadku bakteriocyn naukowcy szukali odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób wiążą się one z komórkami bakterii i jak działają. Badania wykazały, że przyłączają się one do receptora odpowiedzialnego za transport cukrów, czyli pożywienia, do wnętrza komórki bakteryjnej. Bakteriocyna przyłączona do receptora prowadzi do zmian w konformacji receptora, czyli zmienia jego kształt, tworząc w nim kanał. Przez ten kanał istotne składniki komórki uciekają na zewnątrz, co finalnie prowadzi do śmierci komórki.

Skuteczność bez skutków ubocznych dla człowieka i środowiska

Bakteriofagi i bakteriocyny mogą być skuteczną alternatywą dla antybiotyków, a ich zaletą jest brak lub niewielka toksyczność dla ludzkich komórek. To odróżnia je od antybiotyków, które mogą wywoływać poważne skutki uboczne.

Oba preparaty działają niezwykle precyzyjnie, czyli tylko na określone rodzaje chorobotwórczych bakterii. Zostawiają w spokoju komórki ludzkie i pożyteczne mikroorganizmy bytujące w naszym ciele i na jego powierzchni. – Podając bakteriofagi, nie niszczymy niczego poza docelową patogenną bakterią – tłumaczy prof. Łobocka. Minimalizuje to skutki uboczne i pozwala na szybsze przywrócenie równowagi mikrobiologicznej po leczeniu, w odróżnieniu od antybiotyków, które mogą zaburzać mikrobiom na długi czas.

Podobnie jest w przypadku bakteriocyn, które w dodatku są szybko rozkładane, co oznacza, że nie kumulują się w tkankach ani w środowisku naturalnym, nie zanieczyszczają wód ani gleby. To ważne, bo ograniczają tym samym ryzyko powstawania opornych szczepów bakterii. Warto podkreślić, że bakteriocyny mogą być wytwarzane przez bakterie probiotyczne, co czyni je szczególnie atrakcyjnymi i bezpiecznymi do zastosowania w rolnictwie i przemyśle spożywczym jako naturalne konserwanty. Mogłyby więc być ważnym elementem profilaktyki zakażeń ambulatoryjnych oraz  ochrony środowiska. Byłyby też skuteczne w leczeniu trudno gojących się ran i infekcji szpitalnych – tłumaczy dr hab. Aleksandrzak-Piekarczyk.

Czy zapomnimy o antybiotykach? Terapie łączone najbardziej prawdopodobne

Skoro wyniki już teraz są obiecujące, czy to znaczy, że wkrótce zapomnimy o antybiotykach? Naukowcy wskazują, że jest to mało prawdopodobne, ale jednocześnie podkreślają, że wdrożenie do szerokiego dostępu terapii bakteriofagami i bakteriocynami jest konieczne w obliczu rosnącej antybiotykooporoności. Dodają również, że terapie fagami i bakteriocynami mogą odgrywać także rolę wsparcia dla antybiotyków. Terapie skojarzone, łączące antybiotyki z bakteriofagami lub bakteriocynami, mogą stanowić bezpieczne i skuteczne rozwiązanie w przypadku najtrudniejszych do leczenia infekcji.

– Można sobie wyobrazić terapię, w której łączymy antybiotyk z bakteriocyną, nie zwiększając cytotoksyczności takiego preparatu. W ten sposób oba składniki uzupełniają się i wzmacniają swoje działanie, aby skuteczniej zwalczać bakterie – zauważa dr hab. Aleksandrzak-Piekarczyk.

– Trzeba przyznać, że niektóre antybiotyki działają doskonale w połączeniu z bakteriofagami i jednocześnie z punktu widzenia czysto medycznego to jest rozwiązanie bezpieczne – dodaje prof. Łobocka, podkreślając, że takie podejście daje maksymalną szansę na sukces terapeutyczny, zwłaszcza w przypadku najcięższych zakażeń, takich jak te wywołane przez bakterie z grupy ESKAPE, wśród których jest też oporny na antybiotyki gronkowiec złocisty.

Leczenie bakteriofagami i bakteriocynami jest potrzebne

Rozwiązania naukowców czekają na badania kliniczne. Polska, niegdyś lider terapii fagowej, m. in. dzięki badaniom molekularnym naukowców z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN, ma szansę na utrzymanie znaczącej pozycji na światowej arenie, szczególnie w obszarze łączonych terapii opartych na bakteriofagach i bakteriocynach. A jest o co walczyć.

Na skutek zakażeń wielolekoopornymi bakteriami w samej Unii Europejskiej umiera rocznie ponad 35 tys. ludzi. Tak szacuje Europejskie Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób. Jest zatem o co walczyć. Lista antybiotykoopornych szczepów bakterii rośnie, a wraz z nią liczba nieuleczalnych zakażeń. Według najnowszych danych Europejskiego Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób celem Polski jest, aby do 2030 roku zmniejszyć o 27% całkowite zużycia antybiotyków u ludzi. Tymczasem od 2019 roku zużycie antybiotyków spadło tylko o 1,8%. Dlatego ważnym elementem walki z antybiotykoopornością jest inwestycja w badania i rozwój nowych środków przeciwdrobnoustrojowych alternatywnych dla antybiotyków lub wspomagających ich działanie.