Ang Pinakabagong Pamamaraan sa Pakikipaglaban sa ‘Superbugs’ – Synthesized Antibiotics at Antibacterial Polymers

Ang Banta ng Resistensya sa Antibiotiko

Sa isang artikulong kamakailan lamang nailathala, tinalakay namin kung paano ang resistensya sa mga antibiotiko ay lumalalang banta sa kalusugan ng publiko.

“Ang antimicrobial resistance (AMR) ay nagdulot ng 1.27 milyong kamatayan nang direkta noong 2019, kung saan 1 sa bawat 5 biktima ay isang batang wala pang 5 taong gulang. At 4.95 milyong tao na namatay noong 2019 ay nagdusa mula sa mga impeksiyon na resistensya sa gamot, tulad ng impeksiyon sa mababang respiratory, daluyan ng dugo, at intra-abdominal na mga impeksiyon.”

Sa artikulong iyon, nakita namin kung paano makakatulong ang AI na makahanap ng mga bagong klase ng antibiotiko upang talunin ang resistensya ng bakterya. Tinalakay din namin kung paano maaaring magamit ang mga virus (bacteriophages) sa aming artikulong “Creating Living Antibiotics: BiomX (PHGE ) vs Armata”.
Gayunpaman, ayon sa kasalukuyan, pagsapit ng 2050 ang bilang ng mga namamatay dahil sa resistensya sa antibiotiko ay maaaring umabot sa 10 milyong bawat taon. Bahagi ito ng katotohanang ang pinakabagong pagtuklas ng isang bagong klase ng antibiotiko na naabot ang merkado noong 1987. Ngunit may iba pang posibleng paraan upang mapigil ang impeksiyon ng bakterya, kabilang ang synthetic biology, at synthetic polymers.

Sintetikong Protina

Bagong Antibiotiko?

Isang umuusbong na larangan sa pananaliksik biyolohikal ang paglikha at/o pagbabago ng mga protina gamit ang mga amino acid na hindi karaniwang ginagamit sa mga buhay na selula. Ang pangunahing ideya ay maaaring teoritikal na buuin ang mga protina gamit ang daan-daang iba’t ibang amino acid. Ang katotohanang tanging 20 amino acid lamang ang ginagamit ng mga buhay na organismo ay isang kakaibang katangian ng ebolusyong Darwinian.

Ang pamamaraang ito ay maaaring gamitin upang baguhin ang mga compound na may ilang kawili-wiling katangian at gawing mas napakalakas ang mga ito.

Ito ang ginawa ng koponan ni Dr Ishwar Singh gamit ang isang potensyal na bagong antibiotiko na natuklasan sa mga bakterya sa lupa. Nagpro-produce ito ng molekulang tinatawag na teixobactin, na napatunayang pumapatay sa Staphylococcus aureus, kabilang ang antibiotic-resistant na MRSA.

Pinagmulan: Science Direct

Pagtigil sa Paglitaw ng Resistensya

Maaaring mas kaunti ang posibilidad na magkaroon ng resistensya ang Teixobactin dahil sa mga mekanismo ng pagkilos nito na tinatarget ang mga lipid sa membrano ng bakterya sa halip na mas nababagong mga protina. Gayunpaman, may pangamba na ang malawakang klinikal na paggamit ng teixobactin ay maaaring magdulot ng resistensya.

Isang paraan upang mabawasan ang panganib na ito ay gawing mas malakas ang antibiotiko, na nagbabawas ng bilang ng bakterya na makakayanan itong mabuhay, at samakatuwid ay makaangkop dito. Natuklasan ng koponan ni Dr Singh na maaari nilang palitan ang ilang mga bloke ng protina ng teixobactin ng mas mura at komersyal na magagamit na non-proteogenic amino acids.

Pinataas din nito ang potensyal na antibakterya ng 16-32 beses.

Ang mga kamangha-manghang resulta na ito ay maaaring magbukas ng isang ganap na bagong larangan ng pananaliksik sa pag-develop ng antibiotiko:

• Ang mga compound na dati ay kulang sa aktibidad ay maaaring muling i-reengineer upang lumikha ng isang ganap na bagong klase ng antibiotiko.
• Ang mga antibiotiko na nakararanas ng laganap na resistensya ay maaaring baguhin upang lampasan ang mga mekanismo ng resistensya.
• Maaaring lumikha ng mga bagong molekula mula sa simula gamit ang mga disenyo ng sintetikong protina, posibleng gamit ang AI upang magdisenyo at magsala para sa aktibidad na antibakteryal.

Sintetikong Polymers

Pangkalahatang Pamatay ng Bakterya

May mga kemikal na epekto na hindi nagkakaroon ng makabuluhang resistensya ang mga bakterya. Halimbawa, ang purong alkohol ay maaaring mag-disinfect ng mga ibabaw ngayon gaya ng ginawa nito noong mga siglo na ang nakalipas. Ito ay dahil ang antibakteryal na epekto ay nakaugnay sa mga pangunahing pisikal na epekto. Sa kaso ng alkohol, ang kakayahan ng ethanol na sirain ang 3D na konfigurasyon ng mga protina ay nakakasira ng anumang anyong buhay.
Ang problema sa paggamit ng mga mekanismong ito sa mga antibiotiko ay dahil sa pagiging pangkalahatan, sila ay lubhang nakakalason din sa mga selula ng tao. Ibig sabihin, karaniwan silang hindi magagamit sa loob ng katawan ng pasyente kapag may impeksiyon.

Piling Sintetikong Polymers

Isang pangkalahatang kemikal na pangyayari na nakakalason sa mga selula ng bakterya ay ang pagkasira ng mga selulang membrane. Maaaring makamit ito gamit ang mga kationikong polymer, na sumisira sa kemikal na gradient sa pagitan ng loob at labas ng selula ng bakterya.

Ang problema sa pag-develop ng mga antibiotiko gamit ang mga molekulang ito ay sila ay nakakalason sa mga selulang mammalian (hal., tao).

Isang koponan mula sa Texas A&M na pinamumunuan ni Dr. Quentin Michaudel ay naniniwala na nakahanap sila ng paraan upang lutasin ang problema. Natuklasan nila na maaaring baguhin ang polymer upang maging mapanganib sa bakterya ngunit hindi (o kahit bahagyang mas kaunti) sa mga selulang mammalian.

“Ang paglalagay ng mga cationic groups malapit sa core ng polymeric architecture sa halip na sa mga appended side chains ay maaaring mapabuti ang parehong bioactivity at selectivity para sa mga selulang bakterya kumpara sa mga selulang mammalian.” – PNAS

Mas nakatuon sa kimika kaysa biyolohiya, ang prosesong ito ay maaaring palawakin sa maraming iba pang polymer na may katulad na katangian. Sa pangmatagalan, ito ay maaaring isa sa pinaka-promising na landas para sa pag-develop ng isang produktong antibakteryal/antibiotiko na hindi magdudulot ng resistensya sa hinaharap.

Mga Kumpanya na Makikinabang Mula sa mga Diskubreng Ito

Ang Teixobactin ay na-licensiya sa kumpanyang Novobiotic. Gayunpaman, ito ay isang pribadong kumpanya, kaya hindi ito naaabot ng karamihan sa mga mamumuhunan.

Ang mga sintetikong polymer ay malamang na pinakamainam na gawin ng mga higanteng industriyal na may karanasan sa komplikadong produksyon ng polymer, tulad ng BASF (BASFY) o Dow (DOW). Ngunit siyempre, maaaring depende ito sa mga hinaharap na patente at lisensya mula sa mga unibersidad at mananaliksik na nakatuklas ng produkto. Sa anumang kaso, sa pangmatagalan, ang mga ganitong antibiotiko ay mawawala sa mga patente at magiging isang kemikal na kalakal, na makikinabang sa mga higanteng industriya ng kemikal o mga generic na tagagawa ng gamot tulad ng Sandoz Group AG (SDZNY)

Kung mapatunayan na kapaki-pakinabang ang AI upang maagang suriin ang toxicity o makahanap ng mga bagong compound alinsunod sa mga ideya ng mga pagtuklas na ito sa synthetic biology, ang mga kumpanyang aming binigyang-diin kanina, tulad ng Schrödinger, Inc. (SDGR) (SDGR ), Exscientia (EXAI), at Recursion Pharmaceuticals (RXRX )  (RXRX), Inc ay malamang na makapag-ambag din.