Süperbakterilerle Mücadelede En Yeni Yaklaşım – Sentezlenmiş Antibiyotikler ve Antibakteriyel Polimerler

Antibiyotik Direncinin Tehdidi

Yakın zamanda yayımlanan bir makalede, antibiyotik direncinin halk sağlığı için neden giderek büyüyen bir tehdit olduğunu ele aldık.

“Antimikrobiyal direnç (AMR), 2019 yılında doğrudan 1,27 milyon ölüme neden oldu ve kurbanların beşte biri 5 yaş altı bir çocuktu. Ve 2019’da ölen 4,95 milyon kişi, ilaç dirençli enfeksiyonlardan muzdaripti, örneğin alt solunum yolu, kan dolaşımı ve karın içi enfeksiyonlar.”

Bu makalede yapay zekânın bakteri direncini aşacak yeni antibiyotik sınıfları bulmaya nasıl yardımcı olabileceğini gördük. “Canlı Antibiyotikler Oluşturmak: BiomX ve Armata (PHGE )” başlıklı yazımızda virüslerin, yani bakteriyofajların kullanımını da tartıştık.

Mevcut gidişatla antibiyotik direncinden kaynaklanan ölümler 2050’ye kadar yılda 10 milyona ulaşabilir. Bunun nedenlerinden biri, piyasaya ulaşan son yeni antibiyotik sınıfının 1987’de keşfedilmiş olmasıdır. Bununla birlikte sentetik biyoloji ve sentetik polimerler dahil bakteriyel enfeksiyonları durdurmanın başka yolları da olabilir.

Sentetik Proteinler

Yeni Bir Antibiyotik?

Biyolojik araştırmalarda gelişmekte olan bir alan, canlı hücrelerin normalde kullanmadığı amino asitlerle protein üretmek veya proteinleri değiştirmektir. Proteinler teorik olarak yüzlerce farklı amino asitle kurulabilir. Canlıların yalnızca 20 amino asit kullanması Darwinci evrimin bir özelliğidir.

Bu yöntem, ilginç özelliklere sahip bileşikleri değiştirmek ve onları çok daha etkili hâle getirmek için kullanılabilir.

Bu, toprak bakterilerinde bulunan potansiyel yeni bir antibiyotik ile Dr Ishwar Singh ekibinin yaptığı şeydir. teixobactin, adlı bir molekül üretir; bu molekül Staphylococcus aureus’u, antibiyotik dirençli MRSA dahil, öldürürmüş olarak gösterilmiştir.

Kaynak: Science Direct

Direncin Oluşmasını Önlemek

Teixobactin, bakterinin membranındaki lipidleri hedef alarak daha uyarlanabilir proteinlere göre direnç geliştirmeye daha az yatkın olabilir. Yine de, teixobactinin büyük ölçekli klinik kullanımının direnç oluşturabileceği konusunda endişeler sürmektedir.

Bu riski azaltmanın bir yolu, antibiyotiki çok daha güçlü hâle getirerek hayatta kalabilen bakteri sayısını azaltmak ve böylece uyum sağlamalarını önlemektir. Dr Singh’in ekibi, teixobactin protein yapı taşlarından bazılarını daha ucuz ve ticari olarak temin edilebilen proteogonik olmayan amino asitlerle değiştirebileceklerini buldu.

Bu aynı zamanda antibakteriyel potansiyeli 16-32 kat artırdı.

Böyle çarpıcı sonuçlar, antibiyotik geliştirmede tamamen yeni bir araştırma alanı açabilir:

• Daha önce yeterince etkili olmayan bileşikler, tamamen yeni bir antibiyotik sınıfı oluşturmak için yeniden tasarlanabilir.
• Yaygın dirençten muzdarip antibiyotikler, direnç mekanizmalarını atlatacak şekilde değiştirilebilir.
• Yeni moleküller, sentetik protein tasarımları kullanılarak sıfırdan oluşturulabilir; muhtemelen antibakteriyel aktiviteyi tasarlamak ve taramak için yapay zekâ kullanılabilir.

Sentetik Polimerler

Evrensel Bakteri Öldürücüler

Bakterilerin önemli bir direnç geliştirmediği kimyasal etkiler vardır. Örneğin, saf alkol yüzeyleri bugün de yüzyıllar önce olduğu gibi dezenfekte edebilir.  Bunun nedeni antibakteriyel etkinin temel fiziksel etkilerle bağlantılı olmasıdır. Alkol durumunda, etanolün proteinlerin 3B konfigürasyonunu yok etme yeteneği tüm yaşam formlarına zarar verir.

Bu mekanizmaların antibiyotiklerde kullanılmasıyla ilgili sorun, evrensel olmaları nedeniyle insan hücrelerine de yüksek derecede toksik olmalarıdır. Bu, enfeksiyon durumunda hastanın vücudu içinde genellikle kullanılabilir olmadıkları anlamına gelir.

Seçici Sentetik Polimerler

Bakteriyel hücrelere toksik olan evrensel bir kimyasal fenomen, hücre zarlarının bozulmasıdır. Bu, bakterinin hücresinin içi ile dışı arasındaki kimyasal gradienti yok eden katyonik polimerlerle elde edilebilir.

Bu süreç, memeli (yani insan) hücrelerine toksik olmalarıdır.

Dr. Quentin Michaudel liderliğindeki Texas A&M ekibi sorunu çözmenin bir yolunu bulduğunu düşünüyor. Ekip, polimerin bakterilere zarar verirken memeli hücrelerine zarar vermeyecek ya da çok daha az zarar verecek biçimde değiştirilebildiğini keşfetti.

“Katyonik grupların polimerik mimarinin çekirdeğine yakın konumlandırılması, eklenmiş yan zincirler yerine, hem biyolojik aktiviteyi hem de bakteriyel hücrelere karşı memeli hücrelere göre seçiciliği artırabilir.” – PNAS

Biyolojiden çok kimyaya dayanan bu süreç, benzer özelliklere sahip başka birçok polimere genişletilebilir. Uzun vadede direnç oluşturmayan bir antibakteriyel veya antibiyotik ürün geliştirmenin en umut verici yollarından biri olabilir.

Bu Keşiflerden Yararlanacak Şirketler

Teixobactin, Novobiotic şirketine lisanslanmıştır. Ancak bu, özel bir şirket olduğundan, büyük çoğunluk yatırımcılar için erişilebilir değildir.

Sentetik polimerler, BASF (BASFY) veya Dow (DOW) gibi karmaşık polimer üretiminde deneyimli endüstri devleri tarafından en iyi şekilde üretilebilir. Elbette bu, ürünü keşfeden üniversiteler ve araştırmacıların gelecekteki patent ve lisanslamalarına bağlı olabilir. Her halükarda, uzun vadede bu tür antibiyotikler patent süresini aşacak ve kimyasal bir meta hâline gelecek, bu da kimya endüstrisi devlerine veya Sandoz Group AG (SDZNY) gibi jenerik ilaç üreticilerine fayda sağlayacaktır.

Yapay zekâ, toksisiteyi erken aşamada kontrol etmek veya sentetik biyoloji etrafındaki bu keşiflerin fikirlerini izleyerek yeni bileşikler bulmak için faydalı çıkarsa, daha önce vurguladığımız şirketler, örneğin Schrödinger, Inc. (SDGR) (SDGR ), Exscientia (EXAI), ve Recursion Pharmaceuticals (RXRX )  (RXRX), Inc muhtemelen katkıda bulunabilecekler.