چگونه آنتی‌بیوتیک‌های بازمهندسی‌شده ممکن است سرانجام سوپرباکترها را شکست دهند
در سال ۱۸۹۳، پزشک و میکروبیولوژیست ایتالیایی بارتولومئو گوسیویو اسید میکوفتینوئیک را که یک آنتی‌بیوتیک طبیعی است و باعث مهار رشد Bacillus anthracis (عامل ایجاد سیاه زخم) می‌شود، کشف کرد. دانشمندان معتقدند تحقیقات او عمدتاً نادیده گرفته شد—شاید به این دلیل که به زبان ایتالیایی منتشر شده بود—تا زمانی که پژوهشگران آمریکایی دوباره این ترکیب را کشف و پتانسیل آن برای جلوگیری از رد پیوند را تشخیص دادند.
در همین حال، کشف پنی‌سیلین توسط الکساندر فلمینگ در سال ۱۹۲۸ مسیر پزشکی را تغییر داد و با وارد کردن عصر آنتی‌بیوتیک، جان بی‌شماری را نجات داد. با وجود این پیشرفت‌ها، اکنون با بحرانی روبرو هستیم: سوء استفاده و استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها منجر به افزایش باکتری‌های مقاوم به چند دارو شده است. این مشکل نه تنها برای درمان‌های پزشکی روزمره بلکه برای جراحی‌ها و شیمی‌درمانی سرطان چالش‌های جدی ایجاد می‌کند.
در سال ۲۰۱۷، سازمان بهداشت جهانی (WHO) هشدار داد که کمبود حیاتی آنتی‌بیوتیک‌های جدید در حال توسعه برای مقابله با مقاومت ضد میکروبی وجود دارد. گزارش آنها نشان داد که درمان‌های بالقوه کمی برای عفونت‌هایی که در حال حاضر به داروهای موجود مقاوم هستند، وجود دارد. دکتر ماریو راویگلیونه، مدیر برنامه جهانی سل WHO در سال ۲۰۱۷، یک آمار به‌خصوص نگران‌کننده را برجسته کرد: در بیش از ۷۰ سال، تنها دو آنتی‌بیوتیک جدید برای درمان سل مقاوم به چند دارو به بازار گردیده‌اند.
طبق اولین تحلیل جهانی جامع ، بیش از یک میلیون مرگ به طور مستقیم ناشی از مقاومت آنتی‌بیوتیکی در سال ۲۰۱۹ بوده است، با تقریبا پنج میلیون مرگ مرتبط به‌طور کلی با عفونت‌های مقاوم به ضد میکروب. بانک جهانی نیز هشدار می‌دهد که این چالش‌ها منجر به افزایش هزینه‌های بهداشتی می‌شود که تا سال ۲۰۵۰ به ۱ تریلیون دلار خواهد رسید.
یک دلیل عمده برای این بحران رفتار عمومی است. یکی از هر سه نفر از آنتی‌بیوتیک‌های باقی‌مانده یا آن‌هایی که بدون نسخه تهیه شده‌اند استفاده کرده است، که این درمان صحیح را تضعیف کرده و مقاومت را تقویت می‌کند. آنتی‌بیوتیک‌ها اغلب به دلایل نادرست—مانند عفونت‌های ویروسی—مصرف می‌شوند و چنین سواستفاده‌ای امکان نظارت و کنترل استفاده بیش از حد آنها را برای مقامات بهداشتی دشوار می‌کند. به طور کلی، این تلاش‌ها برای نگه داشتن آنتی‌بیوتیک‌ها مؤثر بر عفونت‌های باکتریایی جدی را تضعیف می‌سازد.
مبارزه با مقاومت در حالی که آگاهی را افزایش می‌دهیم
ادا یوناتاولین زنی بود که از خاورمیانه در سال ۲۰۰۹ جایزه نوبل علم را برد، و جایزه نوبل شیمی را با ونکترامن راماکریشنان و توماس ای. استیتز به اشتراک گذاشت. کار پیشگامانه او بر روی ریبوزوم‌ها—که اغلب به عنوان "ماشین‌های مولکولی" توصیف شده‌اند—نشان داد که چگونه آنتی‌بیوتیک‌ها با این ساختارهای تولید پروتئین تعامل می‌کنند و چگونه باکتری‌ها مقاومت را توسعه می‌دهند.
یونات در گفتگو با مهندسی جالب بر این تأکید می‌کند که اولویت باید پیدا کردن آنتی‌بیوتیک‌های جدید باشد. به همان اندازه مهم، او می‌گوید، باز مهندسی آنتی‌بیوتیک‌های موجود برای کاهش مقاومت، همراه با کارزارهای آگاهی عمومی برای جلوگیری از سوء مصرف است.
در سال ۲۰۲۳، ۹۷ عامل ضد باکتریایی در آزمایش‌های بالینی بودند، اما تنها ۱۳ آنتی‌بیوتیک از سال ۲۰۱۷ تأیید شده‌اند. دانشمندان هشدار می‌دهند که داروهای واقعاً نوین به‌طور فوری مورد نیاز هستند. با توجه به اینکه مصرف آنتی‌بیوتیک‌ها پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ به ۷۵.۱ میلیارد DDD (دوزهای روزانه تعریف‌شده) افزایش یابد، پژوهشگران می‌پرسند که آیا تغییر مستقیم ساختار شیمیایی آنتی‌بیوتیک‌ها می‌تواند در مبارزه با مقاومت کمک کند.
دکتر اندرو ادواردز، استاد ارشد میکروبیولوژی مولکولی در کالج امپریال لندن، توضیح می‌دهد که ازآنجاکه اکثر کلاس‌های آنتی‌بیوتیک بین سال‌های ۱۹۴۰ و ۱۹۶۰ کشف شدند، تلاش زیادی برای اصلاح شیمیایی داروهای موجود برای بهبود پتانسیل درمانی آنها صورت گرفته است. این شامل تنظیمات برای بهبود توزیع درون بدن، کاهش سمیت و غلبه بر شکل‌های جدید مقاومت باکتریایی است.
"معمول‌ترین آنتی‌بیوتیک‌های مورد استفاده به عنوان بتا-لاکتام‌ها شناخته می‌شوند که پنی‌سیلین نمونه‌ای از آنها است. این کلاس طی چندین دهه اصلاح شیمیایی گسترده‌ای را تجربه کرده است برای تولید مجموعه‌ای از داروهای مختلف که می‌توانند با بسیاری از انواع عفونت مقابله کنند،" ادواردز به مهندسی جالب گفت.
با این حال، او اشاره می‌کند که باکتری‌ها آنزیم‌ها (بتا-لاکتماس‌ها) را کسب کرده‌اند که می‌توانند این داروها را بشکنند، آنها را بی‌اثر کنند. برای مقابله با این، شیمی‌دانان مهارکننده‌های بتا-لاکتماز توسعه دادند، که عملکرد آنزیم را مسدود می‌کنند و بدین‌ترتیب مؤثر بودن آنتی‌بیوتیک را حفظ می‌کنند. "این منجر به چیزی از یک مسابقه تسلیحاتی شده است، که در آن باکتری‌ها تکامل می‌یابند و انواع جدید بتا-لاکتمازها تولید می‌کنند و شیمی‌دانان با توسعه مهارکننده‌های جدید واکنش نشان می‌دهند،" ادواردز اضافه می‌کند.
دکتر ادواردز هشدار می‌دهد که در حالی که توسعه داروهای نوین بسیار مهم است، این امر به‌تنهایی بحران را حل نخواهد کرد. هر درمان نوین باید با ابزارهای تشخیصی قوی همراه باشد تا تعیین شود آیا برای یک عفونت خاص مؤثر خواهد بود یا خیر. محققان نیز باید بفهمند مقاومت چقدر سریع ممکن است توسعه یابد. بدون این تدابیر، هر آنتی‌بیوتیك جدید ممکن است زودتر از انتظار ب�زکارایی بیافتد
نوآوری‌ها و تلاش‌های بازمهندسی
یک مسیر امیدوارکننده بازمهندسی داروهای موجود برای عبور از مقاومت است. این شامل تغییر ساختار شیمیایی آنها، ترکیب آنها با مولکول‌های مهارکننده مقاومت یا ایجاد پروداروهایی است که توسط آنزیم‌های باکتریایی فعال می‌شوند.
یک مطالعه منتشر شده در سال گذشته نوآوری‌های جدیدی را در رابطه با ونکومایسین نشان می‌دهد—آنتی‌بیوتیکی رایج برای عفونت‌هایی مانند انتروکوکوس که می‌تواند عفونت‌های ادراری و خون ایجاد کند. از آنجا که انتروکوکوس می‌تواند مقاومت به ونکومایسین پیدا کند، محققان دایمرهای ونکومایسین را توسعه دادند که دو واحد ونکومایسین را به هم متصل کرده و به ساختاری تغییرپذیر تبدیل می‌کنند.
این دایمرها می‌توانند به‌طور مؤثرتری به اهداف باکتریایی متصل شوند، و مکانیزم‌های مقاومت موجود را غلبه کنند. این یافته‌ها پایه‌گذاری برای تحقیقات بیشتر را پیشنهاد می‌دهند، که ممکن است به تولید آنتی‌بیوتیک‌های جدیدی که اشکال فعلی مقاومت را دور بزنند، منجر شود.
آلاینده‌ها، ایمنی و زاویه کووید-19
فراتر از نوآوری‌های دارویی، آلودگی و ضعف ایمنی نیز نقشی در چگونگی ریشه‌گیری باکتری‌های مقاوم دارند. افرادی با سیستم ایمنی مختل—از شرایط مزمن مانند دیابت یا از درمان‌های سرطانی—به‌خصوص آسیب‌پذیر هستند. آسیب ریه ناشی از آلودگی هوا، به عنوان مثال، می‌تواند افراد را در معرض عفونت‌هایی مثل سل قرار دهد.
پاندمی کووید-19 الگوهای مقاومت را پیچیده‌تر کرده است. طبق یک مطالعه در سال ۲۰۲۳، ۷۵ درصد بیماران کووید-19 آنتی‌بیوتیک دریافت کرده‌اند، اغلب به عنوان یک اقدام احتیاطی، که به‌طور بالقوه مقاومت ضد میکروبی را تشدید می‌کند. با این حال، دکتر ادواردز یک نقطه مثبت را در همکاری جهانی که در طول کووید-۱۹ شکل گرفت می‌بیند، نکته‌ای که رویکردهای مشابه می‌تواند توسعه تشخیص‌ها و درمان‌های جدید برای عفونت‌های باکتریایی مقاوم را سریعتر کند.
فراخوانی برای اقدام
از کشف نادیده‌گرفته‌شده بارتولومئو گوسیو تا دایمرهای ونکومایسین امروزی، آنتی‌بیوتیک‌ها جان‌های بی‌شماری را نجات داده‌اند—و همچنان جان‌ها را نجات خواهند داد. با این حال، افت افزایش باکتری‌های مقاوم به چند دارو تهدیدی جدی برای سلامت جهانی ایجاد کرده است. نوآوری‌های شیمیایی مانند ونکومایسین بازمهندسی‌شده، امیدبخش هستند، اما نوآوری به تنهایی کافی نیست.
ما باید به آگاهی عمومی، شیوه‌های تجویز مسئوولانه، و مقررات سختگیرانه در استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها در داروها و کشاورزی نیز بپردازیم. در نهایت، حفظ این داروهای نجات‌بخش با مسئوولیت مشترک همراه است. آنتی‌بیوتیک‌ها مکمل‌های معمول نیستند؛ آنها ابزارهایی حیاتی برای حفظ آینده ما هستند. با ترکیب پیشرفت‌های علمی با رفتار آگاهانه عمومی، می‌توانیم به حفظ موثر بودن آنتی‌بیوتیک‌ها برای نسل‌های آینده امیدوار باشیم.
