Un nou antibiotic sintetizat la universitatea Rockefeller, New York, din compuşi genetici bacterieni pare să aibă capacitatea de a neutraliza bacteriile rezistente la medicamente.
Compusul, numit cilagicină, a funcţionat bine în studiile preclinice şi foloseşte un mecanism nou pentru a ataca bacterii precum MRSA (stafilococul auriu), C. diff (clostridium difficile) şi alţi câţiva agenţi patogeni mortali.
Rezultatele, publicate în Science, sugerează că o nouă generaţie de antibiotice ar putea fi obţinută cu ajutorul algoritmilor inteligenţi.
„Aceasta nu este doar o moleculă nouă, ci validarea unei abordări inedite pentru descoperirea medicamentelor, Acest studiu este un exemplu care reuneşte biologia computaţională, secvenţiere genetică şi chimia sintetică, pentru a debloca secretele evoluţiei bacteriene“, a declarat Sean F. Brady de la Rockefeller.
Bacteriile au miliarde de ani de evoluţie şi au dezvoltat în acest timp moduri unice de a se ucide unele pe altele.
Multe dintre cele mai puternice antibiotice sunt derivate din bacterii. Cu excepţia penicilinei şi a câtorva obţinute din ciuperci, majoritatea antibioticelor folosesc bacterii pentru a lupta împotriva bacteriilor.
„Milenii de evoluţie au oferit bacteriilor modalităţi unice de a se dezvolta şi a fi capabile să ucidă alte bacterii fără ca duşmanii lor să dezvolte rezistenţă“, a explicat Brady, şeful laboratorului de molecule mici codificate genetic. În trecut, oamenii de ştiinţă au crescut în laborator streptomicete sau bacili cu care au tratat bolile umane.
Odată ce bacteriile au devenit rezistente la antibiotice, există o nevoie urgentă de noi compuşi activi, spun specialiştii.
Bacteriile care pot fi exploatate sunt rare, dar conform experţilor, genomul bacteriilor rezistente, care sunt în prezent dificil sau aproape imposibil de studiat în laborator, pot conţine generaţiile viitoare de antibiotice.
„Multe antibiotice provin din bacterii, dar majoritatea bacteriilor nu pot fi cultivate în laborator şi astfel că, probabil, ratăm cele mai multe antibiotice“, a menţionat Brady.
O metodă alternativă, promovată de laboratorul lui Brady în ultimii cincisprezece ani, implică identificarea unor gene antibacteriene în sol şi creşterea lor în bacterii care pot fi studiate în laborator.
Această strategie are însă limitările sale, întrucât majoritatea antibioticelor sunt derivate din secvenţe genetice ale bacteriilor aflate în, ceea ce oamenii de ştiinţă numesc, clustere de gene biosintetice.
Aceste clustere (aglomerări de gene), funcţionează ca o unitate de cod colectiv pentru o serie de proteine, şi sunt adesea inaccesibile cu actuala tehnologie.
„Bacteriile sunt complicate şi doar pentru că putem secvenţia o genă nu înseamnă că ştim cum aceasta activează bacteriile pentru a produce proteine. Există mii şi mii de clustere de gene necaracterizate şi noi ştim cum să activăm doar o parte din ele“, a explicat Brady.
În aceste condiţii, cercetătorii au apelat la algoritmi inteligenţi. Separând instrucţiunile genetice dintr-o secvenţă ADN, algoritmii moderni pot anticipa structura antibioticului, respectiv compuşii pe care i-ar produce o bacterie în baza acestor secvenţe genetice.
Specialiştii în chimie organică pot folosi aceste date pentru a sintetiza în laborator compusul anticipat, dar nu întotdeauna se va dovedi o potrivire perfectă.
„Molecula pe care o identificăm este probabil, dar nu neapărat, ceea ce aceste gene ar produce în mod natural. Dar nu suntem îngrijoraţi dacă nu este tocmai aşa, avem nevoie doar ca molecula sintetică să fie suficient de asemănătoare, astfel încât să acţioneze în mod similar cu compusul care a evoluat natural“, a explicat Brady.
Cercetătorii au analizat o imensă bază de date de secvenţe genetice pentru a identifica gene bacteriene promiţătoare, care nu au fost examinate până acum, şi care ar avea capacitatea de a anihila alte bacterii.
Un cluster de gene „cil“, care nu a mai fost explorat în acest context, s-a remarcat prin similaritatea sa cu alte gene implicate în producerea antibioticelor.
Cercetatorii au dezvoltat un algoritm care să cuprindă secvenţele genetice relevante ale acestui cluster de gene, ceea ce a dus la identificarea unor compuşi pe care, cel mai probabil, clusterul cil le-ar produce în mod natural.
Unul dintre aceşti compuşi, numit cilagicină, s-a dovedit a fi un antibiotic activ.
Compusul cilagicină a ucis în mod eficient, în experimentele de laborator, bacteriile Gram-pozitive, nu a dăunat celulelor umane şi, după optimizarea chimică pentru utilizarea la animale, a tratat cu succes infecţiile bacteriene la şoareci.
Cel mai important, cilagicina a fost eficientă împotriva mai multor bacterii rezistente la medicamente şi, chiar şi atunci când a fost folosită împotriva bacteriilor cultivate special să reziste la cilagicină, noul compus sintetic a ieşit învingător.
Experţii au stabilit că cilagicina funcţionează legând două molecule, C55-P şi C55-PP, care ajută la menţinerea pereţilor celulelor bacteriene.
Antibioticele existente, cum ar fi bacitracina, leagă doar una dintre cele două molecule, dar niciodată ambele, şi astfel bacteriile pot rezista adesea unor astfel de medicamente, cârpind peretele celular cu molecula rămasă.
Cercetătorii cred că abilitatea cilagicinei de a dezactiva ambele molecule ar putea reprezenta o problemă de nerezolvat pentru bacterii, împiedicând astfel rezistenţa acestora la antibiotic.
Va mai dura însă până când cilagicina va ajunge în faza studiior clinice. În continuare, cercetătorii îşi propun să optimizeze compusul şi să-l testeze în modele animale împotriva diverşilor agenţi patogeni, pentru a determina ce boli ar putea fi tratate cel mai eficient.
Dincolo de implicaţiile clinice ale cilagicinei, recentul studiu a demonstrat o metodă pe care cercetătorii ar putea-o folosi pentru a descoperi şi dezvolta noi antibiotice.
„Această lucrare este un prim exemplu a ceea ce am putea găsi într-un grup de gene. Credem că folosind această strategie vom putem avea acces la un număr mai mare de compuşi naturali, şi vom putea identifica astfel noi candidaţi la medicamente“, a mai precizat cercetătorul.
