Pendekatan Terbaru untuk Memerangi ‘Superbugs’ – Antibiotik yang Disintesis dan Polimer Antibakteri

Ancaman Resistensi Antibiotik

Dalam sebuah artikel yang baru-baru ini dipublikasikan, kami membahas bagaimana resistensi terhadap antibiotik menjadi ancaman yang semakin meningkat bagi kesehatan masyarakat.

“Resistensi antimikroba (AMR) telah menyebabkan 1,27 juta kematian secara langsung pada tahun 2019, dengan 1 dari 5 korban merupakan anak di bawah usia 5 tahun. Dan 4,95 juta orang yang meninggal pada tahun 2019 menderita infeksi yang resisten terhadap obat, seperti infeksi saluran pernapasan bawah, aliran darah, dan intra-abdomen.”

Dalam artikel tersebut, kami melihat bagaimana AI dapat membantu menemukan kelas antibiotik baru untuk mengalahkan resistensi bakteri. Kami juga membahas bagaimana virus (bakteriophage) dapat digunakan dalam artikel kami “Creating Living Antibiotics: BiomX vs Armata (PHGE ) ”.
Namun, pada tahun 2050 kematian akibat resistensi antibiotik dapat mencapai 10 juta per tahun. Hal ini sebagian disebabkan oleh fakta bahwa penemuan terbaru kelas antibiotik baru yang masuk pasar pada tahun 1987. Namun ada cara lain yang mungkin untuk menghentikan infeksi bakteri, termasuk biologi sintetis, dan polimer sintetis.

Protein Sintetis

Antibiotik Baru?

Bidang yang muncul dalam penelitian biologi adalah menciptakan dan/atau memodifikasi protein dengan asam amino yang tidak biasanya digunakan dalam sel hidup. Ide utama adalah bahwa protein secara teoritis dapat dibangun dengan ratusan asam amino yang berbeda. Fakta bahwa hanya 20 asam amino yang digunakan oleh organisme hidup hanyalah keanehan evolusi Darwinian.

Metode ini dapat digunakan untuk memodifikasi senyawa yang memiliki beberapa sifat menarik dan membuatnya jauh lebih kuat.

Inilah yang telah dilakukan tim Dr Ishwar Singh dengan antibiotik baru potensial yang ditemukan pada bakteri tanah. Ia menghasilkan molekul yang disebut teixobactin, yang telah terbukti membunuh Staphylococcus aureus, termasuk MRSA yang resisten terhadap antibiotik.

Sumber: Science Direct

Menghentikan Resistensi Muncul

Teixobactin mungkin kurang rentan mengembangkan resistensi karena mekanisme kerjanya menargetkan lipid pada membran bakteri alih-alih protein yang lebih mudah beradaptasi. Namun, kekhawatiran tetap ada bahwa penggunaan klinis teixobactin secara skala besar dapat menimbulkan resistensi.

Cara untuk mengurangi risiko ini adalah dengan membuat antibiotik jauh lebih kuat, mengurangi jumlah bakteri yang dapat bertahan, sehingga tidak dapat beradaptasi. Tim Dr Singh telah menemukan bahwa mereka dapat menukar beberapa blok bangunan protein teixobactin dengan asam amino non-proteogenik yang lebih murah dan tersedia secara komersial.

Hal ini juga meningkatkan potensi antibakteri sebesar 16-32 kali lipat.

Hasil spektakuler seperti ini dapat membuka seluruh bidang penelitian baru dalam pengembangan antibiotik:

• Senayawa yang sebelumnya kurang aktif dapat direkayasa ulang untuk menciptakan kelas antibiotik yang sepenuhnya baru.
• Antibiotik yang mengalami resistensi luas dapat dimodifikasi untuk melewati mekanisme resistensi.
• Molekul baru dapat dibuat dari awal menggunakan desain protein sintetis, kemungkinan dengan bantuan AI untuk merancang dan menyaring aktivitas antibakteri.

Polimer Sintetis

Pembunuh Bakteri Universal

Ada efek kimia yang tidak menyebabkan bakteri mengembangkan resistensi yang signifikan. Misalnya, alkohol murni dapat mendisinfeksi permukaan hari ini sebagaimana yang dilakukan berabad-abad yang lalu. Hal ini karena efek antibakteri terkait dengan efek fisik fundamental. Dalam kasus alkohol, kemampuan etanol untuk menghancurkan konfigurasi 3D protein merusak semua bentuk kehidupan.
Masalah menggunakan mekanisme semacam itu dalam antibiotik adalah bahwa sifat universalnya membuatnya sangat toksik bagi sel manusia juga. Ini berarti secara umum tidak dapat digunakan di dalam tubuh pasien saat terjadi infeksi.

Polimer Sintetis Selektif

Salah satu fenomena kimia universal yang bersifat toksik bagi sel bakteri adalah gangguan pada membran sel. Hal ini dapat dicapai dengan polimer kationik, yang menghancurkan gradien kimia antara bagian dalam dan luar sel bakteri.

Masalah dalam mengembangkan antibiotik dengan molekul-molekul ini adalah bahwa mereka bersifat toksik bagi sel mamalia (yaitu, sel manusia).

Sebuah Tim Texas A&M yang dipimpin oleh Dr. Quentin Michaudel berpikir mereka telah menemukan cara untuk menyelesaikan masalah tersebut. Mereka menemukan bahwa polymer dapat dimodifikasi sehingga berbahaya bagi bakteri tetapi tidak (atau setidaknya jauh lebih sedikit) bagi sel mamalia.

“Penempatan gugus kationik yang dekat dengan inti arsitektur polimerik daripada pada rantai samping yang ditambahkan mungkin meningkatkan baik bioaktivitas maupun selektivitasnya untuk sel bakteri dibandingkan sel mamalia.” – PNAS

Lebih mengandalkan kimia daripada biologi, proses ini dapat diperluas ke banyak polimer lain dengan sifat serupa. Dalam jangka panjang, ini mungkin menjadi salah satu jalur paling menjanjikan untuk mengembangkan produk antibakteri/antibiotik yang tidak akan menimbulkan resistensi.

Perusahaan yang Akan Mendapat Manfaat dari Penemuan Ini

Teixobactin telah dilisensikan ke perusahaan Novobiotic. Namun, ini adalah perusahaan swasta, sehingga tidak dapat diakses oleh mayoritas besar investor.

Polimer sintetis kemungkinan akan diproduksi terbaik oleh raksasa industri dengan pengalaman dalam produksi polimer kompleks, seperti BASF (BASFY) atau Dow (DOW). Namun tentu saja, hal ini dapat bergantung pada paten dan lisensi masa depan dari universitas serta peneliti yang menemukan produk tersebut. Namun dalam jangka panjang, antibiotik semacam itu akan keluar dari paten dan menjadi komoditas kimia, yang akan menguntungkan raksasa industri kimia atau produsen obat generik seperti  Sandoz Group AG (SDZNY)

Jika AI terbukti berguna untuk memeriksa toksisitas sejak dini atau menemukan senyawa baru mengikuti ide-ide penemuan ini di bidang biologi sintetis, perusahaan yang kami sorot sebelumnya, seperti Schrödinger, Inc. (SDGR ) (SDGR), Exscientia (EXAI), dan Recursion Pharmaceuticals (RXRX ) (RXRX), Inc kemungkinan juga dapat berkontribusi.