Bakterie żyjące na owadach mogą dostarczyć nowych antybiotyków
Wiele obecnie stosowanych antybiotyków pochodzi od bakterii żyjących w glebie. Najnowsze badania pokazują, że bakterie żyjące na owadach mogą być skuteczniejsze w zwalczaniu pospolitych superbakterii odpornych na leki niż bakterie z gleby.
Naukowcy z University of Wisconsin-Madison przeprowadzili największe i najdokładniejsze jak dotąd badanie aktywności antybiotyków drobnoustrojów żyjących na owadach.
Punktem kulminacyjnym nowego badania jest odkrycie nowego antybiotyku w Cyphomyrmex mrówka, która jest brazylijskim gatunkiem uprawiającym grzyby. Naukowcy nazwali związek cyphomycyną.
Testy laboratoryjne wykazały, że cyfomycyna może zwalczać grzyby, które pokonały większość innych antybiotyków. Związek leczył również infekcję grzybiczą u myszy, nie wywołując toksycznych skutków ubocznych.
W niedawnym Nature Communications W artykule na temat tych ustaleń zespół wyjaśnia, że brak nowych antybiotyków przyczynia się do rosnącego globalnego zagrożenia zakażeniami opornymi na antybiotyki.
„Dzięki naszej systematycznej ocenie”, zauważają autorzy, „pokazujemy, że mikrobiomy owadzie stanowią obiecujące źródło nowych produktów naturalnych”.
Rosnące zagrożenie opornością na antybiotyki
Oporność na antybiotyki pojawia się, gdy zakaźne bakterie, grzyby i inne patogeny nie ulegają już lekom, które je zabijały. Zamiast tego nadal się rozwijają.
Zakażenia wywołane przez patogeny oporne na antybiotyki zwykle wymagają dłuższych pobytów w szpitalu i większej liczby wizyt kontrolnych lekarzy. Ponadto zabiegi zwykle wiążą się z wyższymi kosztami i bardziej toksycznymi skutkami ubocznymi.
W 2018 roku Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opublikowała dane z nadzoru, które potwierdziły wagę globalnego zagrożenia, jakie stwarza oporność na antybiotyki.
Dane pokazują, że na całym świecie niektóre z najczęstszych infekcji stają się odporne na leki.
W Stanach Zjednoczonych Centers for Disease Control and Prevention (CDC) szacuje, że bakterie oporne na antybiotyki zakażają co najmniej 2 miliony ludzi i powodują 23 000 zgonów każdego roku.
Głównym problemem związanym z globalnym kryzysem oporności na antybiotyki jest to, że rodzaje i liczba nowych leków w przygotowaniu nie będą wystarczające, aby przezwyciężyć zagrożenie.
WHO powtórzyła swoje ostrzeżenie w raporcie z 2017 roku. Globalna agencja stwierdziła, że większość z 51 antybiotyków będących w fazie rozwoju klinicznego to „modyfikacje istniejących klas antybiotyków” i oferuje jedynie krótkoterminowe rozwiązania.
Tyle samo bakterii w owadach, co w glebie
Większość obecnie stosowanych antybiotyków pochodzi z Streptomyces bakterie, duży rodzaj, który zaczął ewoluować około 400 milionów lat temu.
W tym okresie Streptomyces gatunki ewoluowały i przystosowały się do różnych siedlisk, takich jak gleba i owady. Skład chemiczny związków wytwarzanych przez bakterie odzwierciedla ich rozbieżne rodowody.
Badania genetyczne wykazały, że tylko jeden szczep Streptomyces może potencjalnie wytwarzać dziesiątki związków podobnych do tych, które są już stosowane jako antybiotyki. Ponadto bakterie zawierają ogromną liczbę „odpowiednich biosyntetycznych zestawów genów”.
Z tych powodów naukowcy intensywnie badają Streptomyces bakterie z oczekiwaniem, że odkryją nowe leki zwalczające oporność na antybiotyki.
Jednak autorzy nowego badania zwracają uwagę, że poszukuje nowych antybiotyków w glebie Streptomyces „W dużej mierze na nowo odkryć znane związki”. Zauważają również, że żadne badania nie szukały systematycznie mikrobiomów. Więc zdecydowali się skupić na Streptomyces u owadów.
Zebrali ponad 2500 gatunków owadów, od mrówek, pszczół i much po chrząszcze, ćmy, motyle i nie tylko. Około jedna trzecia pochodziła z regionów o klimacie umiarkowanym, kolejna trzecia z tropików, a reszta z chłodniejszych obszarów, takich jak Arktyka.
Badacze zauważają, że wbrew „panującemu założeniu”, że Streptomyces gatunki są najbardziej obfite w glebie, a ich odkrycia sugerują, że bakterie występują równie obficie w owadach.
Bakterie owadów są silniejsze
Owady dostarczyły do przetestowania ponad 10 000 szczepów bakterii. Naukowcy przebadali również 7 000 szczepów pochodzących z gleby i roślin.
Nastąpił bardzo mocny, intensywny zestaw testów, obejmujący łącznie ponad 50 000 prób.
Zespół przetestował, jak dobrze każdy szczep Streptomyces był w stanie zatrzymać wzrost 24 różnych rodzajów zarazków, w tym niektórych, które mogą powodować poważne szkody, takich jak superbakteria odporna na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA).
Wyniki pokazały, że Streptomyces szczepy pochodzące od owadów były w stanie skuteczniej zwalczać zakaźne bakterie i grzyby niż szczepy pochodzące z gleby lub roślin.
Zespół przetestował również niektóre z bardziej obiecujących szczepów u myszy. Szczepy te były bardzo skuteczne w zabijaniu infekcji bakteryjnych i grzybiczych, a tylko kilka z nich miało toksyczne skutki uboczne.
W innej części badania naukowcy skupili się na cyfomycynie, związku przeciwgrzybiczym, który znaleźli w Streptomyces bakterie na Brazylijczyku Cyphomyrmex mrówka rosnąca na grzybach.
Po przeanalizowaniu struktury chemicznej cyfomycyny, oczyścili ją i wykazali, że może leczyć Candida albicans w myszach. C. albicans to grzyb, który często infekuje ludzi z osłabionym układem odpornościowym. Okazało się również, że związek ma niewiele toksycznych skutków ubocznych u myszy.
Niech owady „zajmują się poszukiwaniem”
Zespół nie był zaskoczony, gdy odkrył, że owady mogą być bogatym źródłem nowych antybiotyków. Przetrwanie owadów zależy od ewolucji z drobnoustrojami, które pomagają zwalczać ewoluujące patogeny.
Naukowcy podkreślają również, że ponieważ bakterie współewoluowały z owadami, mogą mieć dwie zalety. Po pierwsze, jest mniej prawdopodobne, że będą toksyczne, a po drugie, mogą być skuteczne przeciwko patogenom lekoopornym.
„Owady zajmują się poszukiwaniem za nas” - mówi Cameron R. Currie, profesor bakteriologii i naczelny autor badania.
On i jego koledzy konkludują:
„Obietnica związana z owadami Streptomyces jako nowe źródło środków przeciwdrobnoustrojowych ma potencjał do ożywienia zastoju w rurociągach odkrywania środków przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybiczych ”.
