Broń biologiczna

Antybiotyk jest związkiem chemicznym, który zabija bakterie albo uniemożliwia ich rozwój. Proste, prawda? Tę misję wypełniają jednak na wiele sposobów. Wyobraźmy sobie, że organizm bakteryjny jest jak niewielkie, ale agresywne państewko: Patogenia. Jak je unieszkodliwić?

Szturm na Patogenię

Funkcjonowanie cywilizacji opiera się m.in. na narzędziach, te zaś produkuje się w rozsianych po Patogenii fabrykach. Dobrym pomysłem mogłoby więc być uniemożliwienie ich pracy. Nie spowodowałoby to, co prawda, natychmiastowej zagłady, jednak doprowadziłoby do znaczącego osłabienia kraju. W świecie antybiotyków strategię taką przyjmują tzw. makrolidy (np. erytromycyna albo popularny w Polsce Klabax). Jak ciężarówki podszywające się pod samochody dostawcze, przejeżdżają one w kamuflażu przez granicę Patogenii, rozjeżdżają się do fabryk (rybosomów), po czym zatrzymują się przy bramie i uparcie tarasują do niej wjazd.
Ale patogeńscy zarządcy fabryk są sprytni i z czasem modyfikują wjazd do fabryki, a transport znów zaczyna działać. Zaś strategia polegająca na potajemnym wdzieraniu się do serca kraju niesie ryzyko; po pewnym czasie celnicy Patogenii, czyli białka błonowe odpowiedzialne za transport związków chemicznych do środka komórki, zaczynają blokować wjazd podejrzanych ciężarówek.
Najpewniejszą metodą okazuje się zaatakowanie samej granicy. Patogenia otoczona jest solidnym wielowarstwowym ogrodzeniem – ścianą komórkową i jedną lub dwiema błonami. By je zaatakować, nie trzeba się bawić w oszukiwanie celników. Wystarczy wiedzieć, że ogrodzenie składa się z jednostek, które muszą się ze sobą solidnie połączyć, jak puzzle. Pracę tę wykonują specjalistyczne maszyny – enzymy budujące ścianę komórkową – które można oszukać, podsuwając im obiekt łudząco podobny do jednostki ogrodzenia. Gdy wystarczająco dużo maszyn zajętych jest zmaganiem z tymi niby-segmentami ogrodzeń, następuje katastrofa: przez granicę przedzierają się barbarzyńcy, a i sami mieszkańcy Patogenii korzystają z okazji i uciekają z tego dzikiego kraju. Do tego typu fałszywych segmentów ogrodzenia należy olbrzymia liczba antybiotyków, m.in. powszechnie stosowane cefalosporyny i penicyliny (np. Duomox czy Augmentin/Amoksiklav).
Jak jednak pamiętamy, patogeńscy zarządcy fabryk to nie byle pętaki. Po pewnym czasie maszyny do naprawiania granic zostają delikatnie zmodyfikowane – tak, aby nie dały się oszukać.

Nowa strategia

Taka gonitwa między nowymi antybiotykami a ewoluującym zestawem enzymów trwa od kilkudziesięciu lat. Problem w tym, że bakterie nie tylko szybko dostosowują się do nowych wyzwań stawianych im przez nasze antybiotyki, ale wręcz wymieniają się między sobą (również pomiędzy osobnikami należącymi do różnych gatunków) „przepisami” na enzymy, które szczególnie skutecznie pozwalają dać antybiotykom odpór.
Przełomem było odkrycie w latach 50. XX wieku wankomycyny. Należała wówczas do zupełnie nowej klasy związków, które – wróćmy po raz ostatni do Patogenii – nie łączą się z maszynami łączącymi jednostki ogrodzenia, lecz z samymi tymi jednostkami, uniemożliwiając pochwycenie ich i połączenie w solidny płot. To o tyle rewolucyjna strategia, że o ile enzymy ewoluują szybko i występują w setkach odmian, to ściana komórkowa jest chemicznie jednorodna u niemal wszystkich grup bakterii i wprowadzenie do niej poważnych chemicznych modyfikacji jest dość skomplikowane. Globalna populacja atakowanych wankomycyną bakterii – a był to przez wiele lat antybiotyk „ostatniej szansy”, stosowany wobec szczególnie opornych szczepów w sytuacjach zagrażających życiu – potrzebowała niemal 40 lat, aby wytworzyć mechanizmy odporności. W skali historii naszej przygody z antybiotykami stanowi to naprawdę długi okres.
Jednak dziś istnieją szczepy bakterii opornych wobec wankomycyny, zwłaszcza odpowiedzialnego za bardzo groźne infekcje gatunku Staphylococcus aureus – powszechnie występującego u zdrowych osób, jednak atakującego osłabiony organizm. Okazuje się, że bakteriom udało się ostatecznie tak zmodyfikować „łącznik” między podjednostkami ściany komórkowej, że wankomycyna wiąże się z nim nawet tysiąckrotnie słabiej – bez wpływu na pracę enzymów bakteryjnych odpowiedzialnych za łączenie tych podjednostek.
Nowy antybiotyk, którego odkrycie zaledwie kilka dni temu, 7 stycznia, ogłoszono w czasopiśmie „Nature”, może powtórzyć rzadką „sztuczkę” wankomycyny. Nosi on angielską nazwę „teixobactin”, którą można roboczo spolszczyć jako „tejchobaktyna”. Nazwa pochodzi od kwasu tejchojowego, czyli związku stanowiącego jedną z jednostek ściany komórkowej – miejsce „ataku” nowego antybiotyku. Wstępne badania pokazują, że tejchobaktyna działa z równą skutecznością na bakterie oporne wobec wankomycyny, a więc szczepy posiadające owe sprytne modyfikacje podjednostek ściany komórkowej. Jednak autorzy nie pozostawiają złudzeń: wymieniają kilka sposobów, jak bakterie mogą ostatecznie „obejść” tejchobaktynę.
Zanim tejchobaktyna trafi na rynek – jeśli w ogóle to nastąpi – minie wiele lat dalszych badań. Wojna z Patogenią trwa.

Nie umiemy wymyślić od zera cząsteczki antybiotyku, mimo całego rozwoju biologii i chemii. Wciąż źródłem inspiracji pozostaje natura. Wankomycynę po raz pierwszy zidentyfikowano w próbce gleby pobranej w 1953 r. na Borneo. Dziś historia zatacza koło: tejchobaktynę również znaleziono w próbce gleby – produkują ją „dzikie” odmiany bakterii glebowych (do walki z innymi bakteriami: bowiem od miliardów lat trwa na naszej planecie nieustający wyścig zbrojeń, do którego my, ludzie, dołączyliśmy relatywnie niedawno). Problem polega jednak na tym, że większość mikroorganizmów po wyjęciu z naturalnego środowiska i umieszczeniu w laboratorium umiera – chyba nie do końca rozumiemy potrzeby bakterii. Naukowcy zastosowali więc rewolucyjną metodę, która polega na hodowaniu starannie odseparowanych od siebie szczepów bakterii w ich naturalnym środowisku: zamiast przenosić bakterie glebowe do laboratorium, instaluje się laboratorium w glebie, pozyskując potężne zasoby naturalnych antybiotyków. ©