أحدث نهج لمكافحة “ال超بكتيريا” – المضادات الحيوية والمواد البوليمرية المضادة للبكتيريا المصنعة

تهدید المقاومة للمضادات الحيوية

في مقال نُشر مؤخرًا، ناقشنا كيف أن المقاومة للمضادات الحيوية تهدید صحة العامة.

“لقد أدت المقاومة للمضادات الحيوية إلى 1.27 مليون حالة وفاة مباشرة في عام 2019، وواحد من كل خمسة من الضحايا كان طفلاً دون سن الخامسة. و4.95 مليون شخص توفوا في عام 2019 بسبب عدوى مقاومة للأدوية، مثل العدوى التنفسية السفلى والدموية والبطنية.”

في ذلك المقال، رأينا كيف يمكن للذكاء الاصطناعي مساعدة في العثور على فئات جديدة من المضادات الحيوية لتجاوز مقاومة البكتيريا. كما ناقشنا كيف يمكن استخدام الفيروسات (البكتيريفاج) في مقالنا “إنشاء المضادات الحيوية الحية: BiomX مقابل Armata“.
على الرغم من ذلك، قد تصل الوفيات بسبب المقاومة للمضادات الحيوية إلى 10 ملايين حالة وفاة في السنة بحلول عام 2050. هذا جزئيًا بسبب حقيقة أن آخر اكتشاف لفئة جديدة من المضادات الحيوية التي دخلت السوق كان في عام 1987. ومع ذلك، هناك طرق أخرى يمكننا من خلالها إدارة العدوى البكتيرية، بما في ذلك البيولوجيا التركيبية والبوليمرات التركيبية.

البروتينات التركيبية

مضاد حيوي جديد؟

مجال متطور في الأبحاث البيولوجية هو إنشاء و/أو تعديل البروتينات باستخدام الأحماض الأمينية التي لا تستخدم عادة في الخلايا الحية. الفكرة المركزية هي أن البروتينات يمكن بناؤها نظريًا باستخدام مئات الأحماض الأمينية المختلفة. حقيقة أن فقط 20 حمضًا أمينيًا يستخدمه الكائنات الحية هي مجرد خاصية للتطور الدارويني.
يمكن استخدام هذه الطريقة لتعديل المركبات التي تملك بعض الخصائص المثيرة للاهتمام وجعلها أكثر فعالية.
هذا ما قام به فريق د. إيشوار سينغ مع مضاد حيوي جديد محتمل تم اكتشافه في بكتيريا التربة. إنه ينتج جزيء يسمى تيكسوباكتين، الذي أظهر أنه يقتل المكورات الذهبية، بما في ذلك المكورات الذهبية المقاومة للمضادات الحيوية.

مصدر: Science Direct

منع ظهور المقاومة

قد يكون تيكسوباكتين أقل عرضة لتطوير المقاومة بسبب آليات عمله التي تستهدف الليبيدات في غشاء البكتيريا بدلاً من البروتينات الأكثر قابلية للتكيف. ومع ذلك، لا تزال هناك مخاوف من أن الاستخدام السريري الواسع النطاق لتيكسوباكتين قد يؤدي إلى ظهور المقاومة.
طريقة لتقليل هذا الخطر هي جعل المضاد الحيوي أكثر قوة، مما يقلل من عدد البكتيريا القادرة على البقاء عليه، وبالتالي التكيف معه. لقد وجد فريق د. سينغ أنه يمكن استبدال بعض كتل بناء البروتين في تيكسوباكتين bằng الأحماض الأمينية غير البروتينية الأرخص والمتاحة تجارياً.
هذا زاد من الإمكانات المضادة للبكتيريا بنسبة 16-32 ضعفاً.
يمكن أن يفتح مثل هذه النتائج الرائعة مجالاً جديداً من البحث في تطوير المضادات الحيوية:

• يمكن إعادة هندسة المركبات التي كانت غير كافية النشاط لإنشاء فئة جديدة من المضادات الحيوية.
• يمكن تعديل المضادات الحيوية التي تعاني من مقاومة واسعة النطاق لتجاوز آليات المقاومة.
• يمكن إنشاء جزيئات جديدة من الصفر باستخدام تصميمات بروتينية تركيبية، ربما باستخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم واختبار النشاط المضاد للبكتيريا.

البوليمرات التركيبية

قتل البكتيريا الشامل

هناك تأثيرات كيميائية لا تطور البكتيريا مقاومة كبيرة ضدها. على سبيل المثال، يمكن للكحول النقي تعقيم الأسطح بنفس الكفاءة اليوم كما كان يفعل منذ قرون. هذا لأن التأثير المضاد للبكتيريا يرتبط بالتأثيرات الفيزيائية الأساسية. في حالة الكحول، تدمير الكحول لتركيب البروتين ثلاثي الأبعاد يضر بأي كائن حي.
المشكلة في استخدام مثل هذه الآليات في المضادات الحيوية هي أنها شاملة، وهي سامة للخلايا البشرية. هذا يعني أنها عادة لا تكون قابلة للاستخدام داخل جسم المريض في حالة العدوى.

البوليمرات التركيبية الانتقائية

تأثير كيميائي عالمي يضر بالخلايا البكتيرية هو تعطيل الغشاء الخلوي. يمكن تحقيق ذلك باستخدام البوليمرات الكاتيونية، التي تدمر التدرج الكيميائي بين الداخل والخارج من خلية البكتيريا.
المشكلة في تطوير المضادات الحيوية باستخدام هذه الجزيئات هي أنها سامة للخلايا الثديية (أي الإنسان).
فريق بجامعة تكساس أند إم بقيادة د. كوينتين ميشوديل يعتقد أنه وجد طريقة لحل هذه المشكلة. لقد اكتشفوا أنه يمكن تعديل البوليمر ليكون ضارًا بالبكتيريا ولكن ليس (أو على الأقل أقل) للخلايا الثديية.

“وضع المجموعات الكاتيونية بالقرب من النواة الهندسية البوليمرية بدلاً من السلاسل الجانبية المرفقة قد يحسن من كلا النشاط البيولوجي والانتقائية للخلايا البكتيرية أكثر من الخلايا الثديية.” – PNAS

يمكن توسيع هذه العملية أكثر من كيمياء البيولوجيا، ويمكن توسيعها إلى العديد من البوليمرات الأخرى ذات الخصائص المماثلة. في المستقبل، قد تكون هذه واحدة من الطرق الواعدة لتطوير منتج مضاد للبكتيريا/مضاد حيوي لا يؤدي إلى ظهور المقاومة في المستقبل.

الشركات التي سوف تستفيد من هذه الاكتشافات

تم ترخيص تيكسوباكتين لشركة نوفوبيوتيك. ومع ذلك، هذه شركة خاصة، لذلك لا تتوفر لماольшية المستثمرين.
من المحتمل أن تُصنع البوليمرات التركيبية بشكل أفضل من قبل العمال الصناعيين ذوي الخبرة في إنتاج البوليمرات المعقدة، مثل باسف أو داو. ولكن بالطبع، قد يعتمد ذلك على براءات الاختراع والتراخيص المستقبلية من الجامعات والباحثين الذين اكتشفوا المنتج. ولكن في أي حال، في المستقبل، ستسقط هذه المضادات الحيوية من براءات الاختراع وتصبح سلعة كيميائية، مما سيفيد عمالقة الصناعة الكيميائية أو مصنعي الأدوية الجينية مثل ساندوز جروب إيه جي
إذا ثبت أن الذكاء الاصطناعي مفيد لتحديد السمية مبكرًا أو العثور على مركبات جديدة تتبع أفكار هذه الاكتشافات حول البيولوجيا التركيبية، فإن الشركات التي أبرزناها مسبقًا، مثل شرونجر، إنك، إكسسنتيا (إكس إيه آي)، وريكورشن فارما (آر إكس آر إكس)، من المحتمل أن تكون قادرة على المساهمة أيضًا.