Folytassuk egy kicsit a számokkal. Jelenleg az EU-ban évente 25 000, globálisan 700 000 ember hal meg az ilyen baktériumok okozta fertőzések által, ezek közül 230 000-en multirezisztens baktériumok miatt. De mit is jelent az antimikrobiális rezisztencia és hogyan alakul ki?
A penicillint 1928-ban fedezte fel Alexander Fleming skót orvos, ezt lehet tekinteni az antibiotikum-korszak pirkadatának. Az 1940-es évek közepére a Margaret Hutchinson Rousseau vegyészmérnök által kifejlesztett mélytartájos erjesztés lehetővé tette eme antibiotikum tömegtermelését, forradalmat indítva a fertőző betegségek elleni harcban. De mivel a baktériumok előlények, és a biológiai világ nem statikus, hanem minden külső befolyásra reagál, ezzel el is indult egy nagyon kemény fegyverkezési verseny az emberek és a baktériumok között. Azóta számos penicillin-derivátum és más, újfajta szemi-szintetikus és szintetikus antibiotikum lett kifejlesztve, de a baktériumok gyors szaporodása és ezzel járó szapora fejlődése, keverve az antibiotikumok helytelen használatával, lehetővé tették, hogy gyorsan építsenek ki rezisztenciát az antibiotikumok ellen. Ezt következőképp képzelhetjük el: egy páciens felkeresi kezelőorvosát, mert lázas, és hurutos köhögése van, gyönyörű, sötétzöld váladékot köhög fel. Az orvos meghallgatja, nem tetszik neki a dolog, elküldi röntgenre, és gyanakvása bebizonyosodik, a páciens légcsőgyulladásban szenved. Előír neki egy köhögés elleni szirupot és egy antibiotikumot, amelyet 14 napig kell szednie, hogy a baktériumok ne éljék túl a terápiát. A páciens hazamegy, az első napokban lelkiismeretesen szedi a gyógyszert, de a 10-ik nap után már annyira jól érzi magát, hogy úgy dönt, most már inkább abbahagyja szedni, hisz már nincs semmi baja. De mivel túl korán abortálja a terápiát, maradnak túlékők a szervezetében. Ezek a baktériumok, tanulva a támadásból, a következő generációnak olyan genetikai információkat adnak tovább, amellyel már némi védettségük lesz a bevetett antibiotikum ellen. A páciens több mint valószinű kigyógyul, de a túlélő baktériumok közül sok kikerül a környezetbe, a szennyvízbe, és továbbterjed. Leegyszerűsítve így képzelhetjük el a rezisztencia kialakulását, és a rezisztens baktériumtörzsek terjedését. A következő probléma a szélessávú antibiotikumok nagyvonalú használata az álattenyésztésben és vírusos fertőzések esetén. Ezenkívül az új fajta antibiotikumok fejlesztése is el lett hanyagolva, mivel üzletileg már nem lukratív a gyógyszeripar szempontjából. És ez nagy bajt jelent számunkra, mert úgy néz ki, hogy ezt a fegyverkezési versenyt kezdjük elveszteni.
Mindemellett az új antibakteriális vegyületek felfedezése hova tovább nagyobb kihívást jelent. De egy modern problémára egy modern megoldást kell találni. És a halicin története bizony a modern problémamegoldásnak egy pomás példája!
A halicin, ez a csodaszép molekula (a struktúrája lejjeb látható), először 2010-ben, SU3327 néven egy gyógyszerkémiai kutatás keretén belül látta meg a napfényt mint egy lehetséges hatóanyag cukorbetegség ellen (a kiváncsiabbak számára: a molekula a nitro-tiadiazolok csoportjába tartozik és egy ún. c-Jun N-terminális kináz inhibítor). De a klinikai tesztek nem voltak nagyon eredményesek, és a vegyület bekerült a „könyvtárba”, ahol kilenc évig lappangott.
2019-ben jött aztán a nagy felfedezés! Egy kutatócsoport az MIT-n azon dolgozott, hogyan lehetne olcsóbban és gyorsabban minél több molekulát „screenelni” antibakteriális hatásukra. Screeningnek nevezik a modern gyógyszerkutatásban azt a folyamatot, amikor sok molekulát (több ezer, akár több százezer) egy molekulakönyvtárból párhuzamosan tesztelnek le effektivitásukra. Ez automatizálva történik, relatív gyorsan, nagyon kis mennyiségekkel, de eléggé drága. Ráadásul ezzel a folyamattal a 80-as évek óta nem találtak új klinikai antibiotikumot. Ezért fordultak az MIT kutatói az in silico, tehát számítógépes screeninghez. Ezt egy mély tanulásos mesterséges neurális hálózattal hajtották végre. Az algoritmust 2335 molekula struktúrájával edzették, így megtanulta, hogy milyen strukturális elemek serkenthetik az E. coli baktérium növekedését. Ezután egy másik molekulakönyvtár 6111 molekulájára használták fel a megedzett algoritmust, amelyből a program 99-re mondta, hogy antibakteriális lehet. Ezt a 99 molekulát aztán vegyileg is letesztelték, hogy tényleg sekentik-e az E. coli növekedését, ebből 51 bizonyult effektívnek. Ezeket a molekulákat aztán újból kiértékelték az algoritmussal bővült paraméterekekkel, mint a toxicitás és melyik fázisában vannak klinikai kutatásoknak. És ennek eredményéül a gép kiköpte az SU3327-et, amit a kutatók halicinnak neveztek át, homáge-ul a 2001: Űrodüsszeia filmben megjelenő szuperszámítógép után.
Itt persze a kutatók odüsszeiája nem ért véget. További kisérleteket hajtottak végre a halicinnal különböző, kovencionális antibiotikumok ellen rezisztens baktériumkultúrán, és nagyon biztató eredményeket kaptak. A halicin hatásos volt nem csak az E. coli ellen, de a tuberkulózist okozó Mycobacterium tuberculosis, az akár halálos bélbetegségeket okozó Clostridiodes difficile, és az Acinetobacter baumannii ellen is, amely több szervet támadhat meg és a WHO által a legkritikusabb kórokozók közé van sorolva, amelyek ellen új antibiotikumok szükségesek. Egereken is letesztelték a hatását, és kigyógyultak a fertőzésekből. Remélhetőleg a klinikai vizsgálatok azt is kimutatják majd, hogy a halicin biztonságos az ember számára is.
A halicin története egy gyönyörű példa arra, mit lehet elérni a tudományban, ha a számítástechnika lehetőségeit az experimentális munkával kombináljuk. Ha minden jól sikerül, akkor erre a munkára építve a jövőben még több újfajta antibiotikum lesz felfedezve, és hogy a fegyverkezési versenyt a baktériumok ellen mégiscsak megnyerjük.
A képek a Wikimedia Commons oldalról vannak.
Akiket jobban érdekel a téma, a következő linkeken több infóhoz juttok:
Europarl, Who, Pubs.acs, Cell
Kérjük a kommentelőket, hogy tartózkodjanak az olyan kommentek megírásától, melyek mások személyiségi jogait sérthetik.