सुपरबैक्टेरिया से लड़ने का नवीनतम तरीका – संश्लेषित एंटीबायोटिक्स और एंटीबैक्टीरियल पॉलीमर

एंटीबायोटिक प्रतिरोध का खतरा

In a हाल ही में प्रकाशित लेख, we discussed how resistance to antibiotics is a growing threat to public health.

“एंटीमाइक्रोबियल प्रतिरोध (AMR) ने 2019 में सीधे 1.27 मिलियन मौतें करवाई हैं, जिसमें 5 में से 1 पीड़ित 5 वर्ष से कम उम्र का बच्चा था। और 2019 में मृत्यु हुए 4.95 मिलियन लोग दवा-प्रतिरोधी संक्रमणों से पीड़ित थे, जैसे निचले श्वसन, रक्तप्रवाह, और अंतः-उदर संक्रमण।”

In that article, we saw how AI could help find new classes of antibiotics to beat bacteria resistance. We also discuss how viruses (bacteriophages) could be used in our article “Creating Living Antibiotics: BiomX vs Armata (PHGE ) ”.
As it stands, though, by 2050 the deaths from antibiotic resistance could amount प्रति वर्ष 10 मिलियन. This is partly due to the fact that the latest discovery of a new antibiotic class that 1987 में बाजार में आई थी.  But there are other possible ways we could manage to stop bacterial infections, including synthetic biology, and synthetic polymers.

सिंथेटिक प्रोटीन

एक नया एंटीबायोटिक?

An emergent field in biological research is creating and/or modifying proteins with amino acids that are not normally used in living cells. The central idea is that proteins can theoretically be built with hundreds of different amino acids.  The fact that only 20 amino acids are used by living organisms is just a quirk of Darwinian evolution.

इस विधि का उपयोग उन यौगिकों को संशोधित करने के लिए किया जा सकता है जिनमें कुछ रोचक गुण होते हैं और उन्हें बहुत अधिक प्रभावी बनाया जा सकता है।

यह वही है जो Dr Ishwar Singh की टीम ने मिट्टी के बैक्टीरिया में पाए गए संभावित नए एंटीबायोटिक के साथ किया है। यह teixobactin, नामक अणु उत्पन्न करता है, जिसे स्टैफ़िलोकॉक्स ऑरियस, जिसमें एंटीबायोटिक-प्रतिरोधी MRSA भी शामिल है, को मारने के लिए दिखाया गया है।

स्रोत: Science Direct

प्रतिरोध के उत्पन्न होने से रोकना

Teixobactin प्रतिरोध विकसित होने के प्रति कम संवेदनशील हो सकता है क्योंकि इसका कार्य तंत्र बैक्टीरिया की झिल्ली में लिपिड्स को लक्षित करता है, न कि अधिक अनुकूलनीय प्रोटीन को। फिर भी, यह चिंता बनी रहती है कि Teixobactin के बड़े पैमाने पर क्लिनिकल उपयोग से प्रतिरोध उत्पन्न हो सकता है।

इस जोखिम को कम करने का एक तरीका एंटीबायोटिक को बहुत अधिक शक्तिशाली बनाना है, जिससे जीवित रहने वाले बैक्टीरिया की संख्या घटे और इसलिए वे अनुकूलित न हो सकें। Dr Singh की टीम ने पाया है कि वे Teixobactin के कुछ प्रोटीन निर्माण ब्लॉकों को सस्ते और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध गैर-प्रोटेजेनिक अमीनो एसिड्स से बदल सकते हैं।

इससे एंटीबैक्टीरियल क्षमता भी 16-32 गुना बढ़ गई।

ऐसे शानदार परिणाम एंटीबायोटिक विकास में एक पूरी नई शोध क्षेत्र खोल सकते हैं:

• पहले अपर्याप्त सक्रिय यौगिकों को पुनः इंजीनियर करके एंटीबायोटिक का एक पूरी नई वर्ग बनाया जा सकता है।
• विस्तृत प्रतिरोध से पीड़ित एंटीबायोटिक को संशोधित करके प्रतिरोध तंत्र को बायपास किया जा सकता है।
• संश्लेषित प्रोटीन डिज़ाइनों का उपयोग करके, संभवतः AI के साथ एंटीबैक्टीरियल गतिविधि को डिजाइन और स्क्रीन करने के लिए, नई अणुओं को शून्य से बनाया जा सकता है।

सिंथेटिक पॉलीमर

सार्वभौमिक बैक्टीरिया मारने वाले

ऐसे रासायनिक प्रभाव हैं जिनके खिलाफ बैक्टीरिया महत्वपूर्ण प्रतिरोध विकसित नहीं करते। उदाहरण के लिए, शुद्ध अल्कोहल सतहों को आज भी उतनी ही प्रभावी ढंग से कीटाणुरहित कर सकता है जितना कि सदियों पहले करता था। यह इसलिए है क्योंकि एंटीबैक्टीरियल प्रभाव मूलभूत भौतिक प्रभावों से जुड़ा होता है। अल्कोहल के मामले में, इथेनॉल की प्रोटीन की 3D संरचना को नष्ट करने की क्षमता किसी भी जीव को नुकसान पहुंचाती है।
The issue with using such mechanisms in antibiotics is that being universal, they are highly toxic to human cells as well. This means they are generally not really usable inside a patient’s body in case of an infection.

चयनात्मक सिंथेटिक पॉलीमर

One universal chemical phenomenon that is toxic to bacterial cells is the disruption of the cell membranes. This can be achieved with cationic polymers, which destroy the chemical gradient between the inside and the outside of the bacteria’s cell.

The problem in developing antibiotics with these molecules is that they are toxic to mammalian (i.e., human) cells.

A Texas A&M Team led by Dr. Quentin Michaudel thinks they have found a way to solve the problem. They discovered that you could modify the polymer to be harmful to bacteria but not (or at least much less) to mammalian cells.

“पॉलीमर आर्किटेक्चर के कोर के निकट केशनिक समूहों की स्थिति, साइड चेन पर जोड़ने के बजाय, उनकी जैवक्रियाशीलता और बैक्टीरियल कोशिकाओं के प्रति चयनशीलता को स्तनधारी कोशिकाओं की तुलना में सुधार सकती है।” – PNAS

More reliant on chemistry than biology, this process could be expanded to many other polymers with similar properties. In the long run, this might be one of the most promising venues for developing an antibacterial/antibiotic product that would not induce resistance in the long run.

इन खोजों से लाभान्वित होने वाली कंपनियां

Teixobactin को कंपनी Novobiotic को लाइसेंस किया गया है। हालांकि, यह एक निजी स्वामित्व वाली कंपनी है, इसलिए यह अधिकांश निवेशकों के लिए सुलभ नहीं है।

सिंथेटिक पॉलीमर संभवतः उन औद्योगिक दिग्गजों द्वारा सबसे अच्छा निर्मित किए जाएंगे जिनके पास जटिल पॉलीमर उत्पादन का अनुभव है, जैसे BASF (BASFY) या Dow (DOW)। लेकिन बेशक, यह भविष्य के पेटेंट और उन विश्वविद्यालयों और शोधकर्ताओं से लाइसेंसिंग पर निर्भर कर सकता है जिन्होंने उत्पाद की खोज की। फिर भी, दीर्घकाल में, ऐसे एंटीबायोटिक पेटेंट समाप्त हो जाएंगे और एक रासायनिक वस्तु बन जाएंगे, जिससे रासायनिक उद्योग के दिग्गज या जेनरिक दवा निर्माता जैसे Sandoz Group AG (SDZNY) को लाभ होगा।

यदि AI प्रारंभिक चरण में विषाक्तता की जांच या इन खोजों के आसपास सिंथेटिक बायोलॉजी के विचारों के अनुसार नए यौगिक खोजने में उपयोगी साबित होता है, तो पहले उल्लेखित कंपनियां, जैसे Schrödinger, Inc. (SDGR) (SDGR ), Exscientia (EXAI), और Recursion Pharmaceuticals (RXRX )  (RXRX), Inc संभवतः भी योगदान दे सकेंगी।