Ubat-ubatan yang telah melindungi kita dari bakteria di mana-mana selama lebih dari tujuh puluh tahun perlahan-lahan kehilangan cengkaman mereka, dan kita memerlukan senjata baru untuk melawan jangkitan. Bakteria penyebab penyakit menjadi kebal terhadap antibiotik yang pernah membunuhnya, bahkan terhadap ubat-ubatan yang pernah dianggap sebagai barisan pertahanan terakhir.
Bakteria tahan antibiotik (tahan antibiotik) membunuh kira-kira satu peratus orang yang dijangkiti, bahkan di negara maju. Dan jika perkara ini diabaikan, mereka akan membunuh lima kali lebih banyak orang setiap tahun.
"Banyak perkara yang kita anggap saat ini, seperti pembedahan caesar, atau penggantian pinggul, atau pemindahan organ, tanpa antibiotik, akan menjadi sangat sukar," kata François Franceschi, pengurus program untuk pembangunan terapeutik di jabatan bakteriologi dan mikologi Institut Alergi Nasional dan penyakit berjangkit.
Orang dengan sistem kekebalan tubuh yang lemah sangat rentan, tetapi di dunia pasca-antibiotik setiap orang tanpa risiko akan berisiko.
"Orang mengatakan bahawa pada era pasca-antibiotik, antibiotik tidak lagi dapat menolong kita dengan goresan terkecil sekalipun," kata Cesar de la Fuente, seorang bioengineer di Massachusetts Institute of Technology.
Untuk melawan bakteria tahan, kita beralih kepada sekutu baru, seperti virus, yang hanya menyerang bakteria; nanopartikel dan protein kecil yang dihasilkan oleh sistem imun pelbagai organisma. Setiap alat mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri, itulah sebabnya para saintis mempelajari pelbagai pendekatan.
"Banyak orang di lapangan saat ini mencari strategi alternatif untuk menambah senjata kami," kata Timothy Lu, juga di MIT. "Bukannya masing-masing berusaha mencipta peluru perak mereka sendiri yang akan menyelamatkan kita dari bakteria seumur hidup kita, melainkan mempelajari masalah itu dari sudut yang berbeza."
Video promosi:
Berikut adalah beberapa cara untuk membantu kita mengatasi bakteria yang tidak diingini.
Melucutkan senjata penceroboh
Bakteria tidak selalu perlu dibunuh untuk meneutralkan. Beberapa rawatan mensasarkan kuman secara tidak langsung dengan melucutkan senjata mereka. Bakteria akan ada, tetapi akibat jangkitan tidak akan serius, dan sistem kekebalan tubuh berpeluang untuk melawan jangkitan itu sendiri.
Sekiranya ubat anda tidak membunuh bakteria, mereka akan mempunyai insentif yang lebih rendah untuk membina daya tahan terhadapnya. Ia akan memakan masa lebih lama untuk menahan daya tahan kerana bakteria tidak akan melawan ubat secara aktif, kata Franceschi.
Banyak bakteria melepaskan toksin yang merosakkan sel inang. Salah satu jenis toksin yang paling biasa disebut pembentuk liang, yang menebuk lubang pada sel. Ia diasingkan oleh Staphylococcus aureus yang tahan methicillin, Escherichia coli, Listeria, bakteria anthrax, dan racun dari ular, kalajengking dan anemon laut.
Liangfang Zhang mencari cara menghilangkan toksin ini. "Anda mengambil senjata dan mereka menjadi lebih lemah," kata Zhang, seorang nanoengineer di University of California, San Diego. Ini melapisi nanopartikel dengan sasaran manis - membran yang terdiri daripada sel darah merah. Sel darah merah bertindak sebagai umpan, menghisap toksin yang sebaliknya akan menyerang sel yang sihat. "Ia seperti span yang menghisap racun," jelas Zhang.
Dalam kajian pertamanya, dia menunjukkan bahawa nano-spons menyerap toksin tanpa membahayakan tikus. Kerja Zhang dengan nanopartikel sebagai umpan tahun ini adalah salah satu daripada 24 projek untuk menerima dana dari National Institutes of Health. Dia berharap dapat memulakan ujian klinikal pada manusia seawal tahun depan.
Nanopartikel, yang sering dibuat dari plastik atau logam seperti perak, juga dapat melemahkan bakteria dengan memusnahkan membran sel pelindungnya atau menyebabkan kerosakan DNA. Nanopartikel mudah dikerjakan kerana ia membina sendiri. "Anda mengawal suhu, pelarut, dan semua yang lain, dan molekul-molekul ini menyusun diri mereka menjadi partikel nanopartikel," kata Zhang.
Nanopartikel boleh lebih mahal daripada antibiotik tradisional. Dan membawa mereka ke tempat yang betul di badan juga boleh menjadi cabaran. Cabaran lain ialah memastikan nanopartikel terbuat dari bahan yang tidak akan menimbulkan tindak balas imun serta-merta, dan akan merosot dari masa ke masa sehingga tidak terbentuk di dalam badan.
Soalan masih ada mengenai keselamatan jangka panjang beberapa perkara ini, kata Lou.
Penghantaran istimewa
Rawatan alternatif boleh digunakan untuk menjadikan antibiotik yang ada lebih berkesan. Sebagai contoh, saintis kini mengkaji bagaimana nanopartikel dapat digunakan untuk menyampaikan ubat-ubatan anti-barah dan antibiotik.
Antibiotik diedarkan ke seluruh badan dan beracun dalam dos yang tinggi. Dengan bantuan nanopartikel, dos ubat pekat dapat dilepaskan. Ribuan molekul ubat dapat ditarik ke dalam satu nanopartikel.
"Mereka mudah melekat pada membran dan secara beransur-ansur melepaskan ubat secara langsung ke bakteria," kata Zhang. Oleh itu, muatan yang lebih berkesan dapat disasarkan dengan lebih tepat tanpa meningkatkan jumlah dos ubat. Dengan cara ini, mekanisme ketahanan bakteria dapat ditekan - mereka tidak akan mengembangkan daya tahan terhadap antibiotik bertindak titik.
Masalah dengan partikel nanopartikel, seperti banyak alat lain, adalah bahawa sistem kekebalan tubuh melihatnya sebagai ancaman. "Ukurannya sangat mirip dengan virus. Tubuh kita akan belajar mempertahankan diri daripada nanopartikel, atau virus ini, jika anda tidak melindunginya."
Zhang dan rakan-rakannya telah menyamarkan nanopartikel dalam jaket yang terbuat dari membran platelet, sel-sel yang membantu pembekuan darah. Dari sisi, nanopartikel serupa dengan sel darah miniatur ini. Sebilangan bakteria tertarik oleh platelet - dengan bantuannya, mereka tersembunyi dari sistem imun. Nanopartikel bersalut platelet dapat bermain dua kali, merekrut penyerang untuk meletupkannya dengan ubat.
Semua nanopartikel akan melepaskan ubat-ubatan dengan kehadiran bakteria, kata Zhang. Dengan bantuan partikel yang dilapisi platelet, dia telah menyembuhkan tikus yang dijangkiti strain MRSA yang tahan banyak antibiotik.
Serangan langsung
Kadang-kadang, bagaimanapun, setengah langkah tidak membantu. Terdapat alternatif untuk antibiotik tradisional yang dapat membunuh bakteria. Salah satu strategi adalah membuat versi tiruan antimikroba peptida (AMP), yang merupakan sebahagian daripada tindak balas imun semula jadi pada mikroba, tumbuhan dan haiwan (seperti syaitan Tasmania). Komponen-komponen ini menyerang membran patogen dan menimbulkan kekacauan di dalam sel.
Sebagai sebahagian daripada projek baru-baru ini, de la Fuente bekerjasama dengan Lou dan yang lain untuk memilih AMP yang tidak beracun yang terdapat pada haiwan laut sederhana yang disebut tunicates. Para saintis menambahkan beberapa asid amino ke dalam pengaturan dasar, meningkatkan kemampuannya untuk merawat tikus yang dijangkiti strain E.coli, atau MRSA yang tahan antibiotik. AMP yang diperkaya juga menguatkan sistem imun tikus, mengurangkan keradangan, dan meminta bantuan dalam bentuk sel darah putih.
Peptida antimikroba dapat mengalahkan pelbagai jenis patogen, dan bakteria sukar menghadapi ketahanan terhadapnya. "Berbanding dengan antibiotik konvensional, peptida ini lebih berkesan dalam banyak kes," kata de la Fuente.
AMP terdiri daripada rantai asid amino yang relatif pendek, blok protein. Oleh itu, ia agak mudah dibina (walaupun mahal). "Kami belum menurunkan biaya," kata de la Fuente. Para saintis meneroka cara untuk menjadikan AMP lebih murah dengan memprogram mikrob sehingga mereka tidak bergantung pada mesin dan membiarkan mikrob melakukannya sendiri.
Walaupun begitu, terdapat kebimbangan bahawa AMP dapat menyerang sel host. Dan seperti banyak alternatif antibiotik, menghantar peptida ke tempat yang tepat dalam kepekatan yang cukup tinggi untuk tetap berkesan boleh menjadi cabaran. Dalam jangka pendek, aplikasi tempatan lebih mungkin, kata de la Fuente. Peptida ini dapat dimasukkan, misalnya, ke dalam krim yang dapat digunakan pada luka terbuka atau ke tempat infeksi pada kulit. Mereka juga dapat digunakan untuk menutup meja, komputer, alat bedah atau kateter untuk mencegah kuman menjajahnya.
Pemekaan semula
Cara lain untuk melemahkan bakteria adalah dengan menghilangkan ketahanan yang mereka kembangkan terhadap antibiotik. Untuk misi seperti itu, virus yang mengkhususkan diri dalam memakan bakteria, bakteriofag, dapat digunakan.
Bakteriofag adalah pembunuh bakteria yang sangat berkesan, tetapi melalui kejuruteraan genetik, saintis dapat memberi mereka kemampuan baru, termasuk mengembalikan kepekaan bakteria terhadap ubat tradisional.
Bakteriofag yang diprogramkan dapat menjadi terobsesi dengan bakteria yang membawa gen yang memberikan ketahanan terhadap antibiotik, menghilangkan kemampuan ini, atau membunuh bakteria. Apabila mikroba tahan hancur atau tidak berbahaya, populasi yang tinggal akan terdedah kepada antibiotik.
Kaedah lain yang membolehkan bakteria melawan antibiotik adalah dengan mengeluarkan sebatian yang menghasilkan biofilm di mana ubat tidak dapat menembusi. Adalah mungkin untuk mencipta bakteriofag yang akan memakan biofilm.
Secara semula jadi, bakteriofag secara langsung dapat membunuh bakteria. Sebilangan daripada mereka memasukkan DNA mereka ke dalam bakteria, dan untuk membebaskan diri, mereka hanya makan melalui dinding sel, meletupkan sel, kata Lu. Yang lain bertindak sebagai parasit.
Bakteriofag ditemui kira-kira seratus tahun yang lalu. Antibiotik telah menggantikannya di Amerika Syarikat, tetapi terus digunakan di Rusia dan di beberapa negara Eropah Timur. Ketika bakteria tahan antibiotik tumbuh, para saintis sekali lagi beralih ke bakteriofag - mereka sama berkesan dalam merawat orang, hanya ujian klinikal belum mengesahkannya.
Salah satu kelebihan virus ini ialah mereka dapat mereplikasi diri mereka sendiri. Anda hanya boleh memasukkan sejumlah kecil dan membunuh banyak bakteria. Dan kerana mereka memerlukan sel hidup untuk membiak, mereka akan berhenti membiak sebaik sahaja semua sel inang dimusnahkan.
Namun, seperti alternatif lain, bakteriofag dapat mencetuskan tindak balas sistem imun. "Jika anda menyuntik virus atau peptida asing ke dalam tubuh manusia, selalu ada kemungkinan reaksi akan terjadi," kata Lu. Kebimbangan lain ialah sebilangan fag dapat mengambil gen yang berkaitan dengan ketahanan terhadap antibiotik dan menyebarkannya ke bakteria lain.
Tetapi mereka tidak mungkin merosakkan tisu manusia. Bakteriofag tidak membiak dalam sel manusia. Kami mempunyai banyak bakteriofag di dalam diri kita - sukar untuk mengatakan bahawa mereka asing bagi kita.
Kenalan peribadi
Beberapa rawatan alternatif dapat disesuaikan untuk menargetkan kuman tertentu. Di sini sekali lagi, bakteriofag adalah calon yang ideal. "Pada dasarnya mereka adalah musuh semula jadi bakteria," kata Lu. Biasanya, "jika anda menemui bakteria, anda juga akan menemui bakteriofag."
Antibiotik tradisional sering membunuh bakteria tanpa pandang bulu - termasuk dalam mikrobioma semula jadi tubuh kita, yang memainkan peranan penting dalam kesihatan kita. Ini adalah pengeboman karpet yang membunuh segalanya.
Virus menawarkan pendekatan yang lebih diperibadikan. "Anda boleh berusaha menjaga bakteria baik sambil membunuh bakteria jahat," kata Lu.
Namun, kekhususan ini juga pedang bermata dua. Untuk melindungi sejumlah bakteria yang dapat menjangkiti pesakit, banyak virus perlu dicampurkan dalam koktail. Walaupun bakteriofag tidak terlalu mahal untuk ditanam, koktel pelbagai virus adalah perkara lain sepenuhnya.
Lou mengusahakan koktel bakteriofag yang dibina di atas hutan yang selamat. Dengan menentukan kawasan yang dijangkiti bakteriofag, anda boleh menyerang bakteria yang berlainan, mengarahkan bakteriofag ke arah yang berbeza. Tinggal hanya untuk mengetahui cara melakukannya.
Bagaimanapun, sukar untuk mencipta ubat yang berkesan tanpa mengetahui apa yang menyebabkan jangkitan. Sekiranya anda berjumpa doktor, dia tidak akan dapat memberi anda rawatan spektrum sempit sekiranya dia tidak mengetahui bakteria apa yang mengganggu anda.
Doktor memerlukan kaedah diagnostik yang lebih cepat sehingga mereka dapat mengetahui jenis bakteria sasaran dan seberapa tahannya terhadap antibiotik tradisional. Lu dan rakannya berusaha untuk membuat diagnostik yang cepat dan murah. Apabila mereka menjangkiti bakteria sasaran mereka, mereka menyalakannya dengan protein yang sama dengan yang digunakan kunang-kunang. Cukup berikan sampel bakteriofag kepada pesakit dan "anda dapat mengetahui apakah sampel itu bercahaya atau tidak, bakteria ada di dalamnya atau tidak," kata Lu.
Senjata yang luas
Ini bukan semua senjata yang kita tambahkan ke gudang senjata kita. Para saintis meneroka pilihan lain, seperti mengirim bakteria lain untuk melawan patogen, mencari antibiotik baru, dan menggunakan antibodi, dan banyak lagi.
"Anda hampir tidak dapat bergantung pada satu metode atau satu teknologi untuk mengatasi seluruh masalah," kata Zhang. Mempelajari superbug dari pelbagai sudut, menggabungkan taktik baru dan kaedah rawatan tradisional, akan mengembangkan senjata kita.
Perlu beberapa tahun sebelum instrumen baru diluluskan untuk digunakan secara meluas. Dan untuk sementara waktu, kaedah antimikroba alternatif hanya akan digunakan apabila antibiotik tidak lagi berfungsi. Harga dan keberkesanan antibiotik adalah sebab utama mengapa mereka sukar ditolak. Tetapi dalam jangka masa panjang, ini akan menjadi satu-satunya pilihan.
ILYA KHEL
