„Bakterie są lepkie i malutkie i nie przeskakują z szalki na szalkę” – powiedział niegdyś profesor, który był opiekunem mojej pracy magisterskiej. Jest to proste spostrzeżenie na temat tej formy życia i miało upewnić mnie, że choć za moment zetknę się z nieznanymi nauce mikroorganizmami, które polscy badacze przywieźli ze stacji na Antarktydzie, to jestem bezpieczna. Każdy, kto choć raz brał antybiotyki – czyli statystycznie: my wszyscy, bo średnio każdy człowiek na tym globie był poddany antybiotykoterapii przynajmniej raz w życiu – wie, że bakterie potrafią być niebezpieczne. Chorobotwórcze lub wręcz zagrażające życiu.

Nie będę zarzucać czytelnika liczbami, bo cóż z tego, że podam, ilu ludzi do dziś albo w zeszłym roku zapadło na zakażenia bakteryjne? Ilu padło ofiarami epidemii szpitalnych wywołanych przez drobnoustroje oporne na wiele antybiotyków, czy też ilu ludzi uśmierciła cholera, tyfus i inne fantastyczne zakażenia wynikłe z rozlicznych wojen, konfliktów i nędzy panoszących się na naszym najlepszym ze światów? Podawanie tych liczb nie ma sensu, bo jutro będą jeszcze większe, a za rok w ogóle bez porównania.

Naukowcy oceniają, że przy tym tempie zwiększania się antybiotykooporności, za 50 lat ludzka populacja może być po prostu egzystencjalnie zagrożona. W terapii zakażeń bakteryjnych jesteśmy w odwrocie, a będziemy w jeszcze większym, gdy namówieni przez antyszczepionkowców odpuścimy sobie profilaktykę opartą o wakcynację.



Żyjemy dziś w erze przedantybiotykowej. Jakby Luis Pasteur nigdy nie był nam dany przez dobrego Boga i nie odmówił tych tysięcy różańców w swoim laboratorium. Jakby pierwsza, fantastyczna żona Roberta Kocha, Emma Fraatz (a nie ta komediantka – aby nie użyć innego słowa – którą poślubił na starość, po skandalicznym rozwodzie), nigdy nie ugotowała bakteryjnych pożywek, co pozwoliło badać i pokonywać chorobotwórcze bakterie i w ogóle ustalić, co to jest choroba zakaźna. Jakby studenci i laboranci Aleksandra Fleminga nie byli takimi strasznymi brudasami, że szalki z bakteriami były ciągle zarośnięte jakąś pleśnią, co pozwoliło temu geniuszowi spostrzegawczości, temu Newtonowi mikrobiologii, odkryć penicylinę. Jesteśmy z ręką w pełnym po brzegi nocniku. Dosłownie.

Oznacza to, że niebawem zabraknie nam skrótów na określenie dziadostwa, które możemy „złapać”, a którego nie będzie czym zabić. Mimo najszczerszych chęci personelu medycznego i uginających się półek w aptekach. MRSA, VRE, PRP, ESBL, New Delhi, oporna na terapię rzeżączka i gruźlica…

Giganty farmaceutyczne, jak Novartis, AstraZeneca czy Sanofi jeden po drugim wycofują się z wyścigu po nowe antybiotyki. A mali gracze nawet nie próbują wchodzić w te rewiry. Proces jest bowiem nieporównywalnie bardziej kosztowny, niż na przykład praca nad poszukiwaniem leków na choroby chroniczne, takie jak dolegliwości krążeniowe czy cukrzyca. A w dodatku ochrona patentowa takich preparatów jest krótsza lub w praktyce nie istnieje wcale. No i bakterie uodparniają się na nowe antybiotyki nawet zanim te zdążą, po latach testów klinicznych, naprawdę trafić na rynek.

Jak przeliczyli naukowcy, brak nowych preparatów na rynku może doprowadzać do zgonu na zakażenia bakteryjne, pozbawione opcji terapeutycznej, aż 10 milionów ludzi rocznie i to już około roku 2050. Czyli w starzejącej się Europie i USA – już za pokolenie.



Trzy zakaźne pytania

1. Co to znaczy, że bakterie się uodparniają?
2. Na jakiej zasadzie to robią?
3. Dlaczego w poszukiwaniach nowych antybiotyków jesteśmy jakby uwikłani w gonitwę Alicji z Czerwoną Królową po drugiej stronie lustra, gdzie trzeba bardzo szybko biec, żeby w ogóle stać w miejscu?

Odpowiedź na pierwsze pytanie brzmi: bakterie ewoluują, nabywają nowych zdolności. A presja antybiotyku, jak każda inna presja selekcyjna, powoduje powstawanie, przetrwanie i mnożenie się osobników lepiej przystosowanych.

Ponadto antybiotyk zabija bakterię w ten sposób, że nie pozwala jej się dzielić. Czyli mnożyć. Trochę to brzmi, jak zdania z Alicji w Krainie Czarów, ale to fakt: bakterie namnażają się poprzez podział jednej komórki na dwie, dwóch na cztery i tak w nieskończoność. Antybiotyk, aby powstrzymać ten proces, musi swoją obecnością hamować działanie jakiegoś systemu gwarantującego bakterii, że się podzieli, czyli blokować jakiś kluczowy szlak metaboliczny, warunkujący życie.

A ponieważ jesteśmy jednak do bakterii wewnętrznie podobni (komórka to komórka, mamy taki sam DNA, niemal takie same struktury wewnątrzkomórkowe, podobny metabolizm podstawowy, czyli np. to co robimy z glukozą czy tłuszczami), antybiotyk musi uderzać tylko w te miejsca, które mamy naprawdę od nich odmienne. Inaczej z założenia będzie dla nas toksyczny. Musi więc: zablokować strukturę czy enzym raz a dobrze, zrobić to skutecznie w jak najmniejszym stężeniu, dobrze się rozprowadzać po organizmie człowieka, łatwo usuwać przez nerki, gdy jest już niepotrzebny i rykoszetem nie uderzać nam w kluczowe organy, takie jak wątroba czy mózg. Czyli musi być cudowny jak woda z Lichenia, a skuteczny jak piorun kulisty.

Temat oporności można rozwinąć odpowiadając na pytanie drugie. Bakterie uodparniają się na trzech podstawowych zasadach, a każda z nich jest energetycznie kosztowna. Zauważmy zatem, że bakterie w wyścigu antybiotykowym też gonią w piętkę. Mają jednak nad nami dwie przewagi ewolucyjne: są ich tryliardy (nie wiem czy istnieje taki przedrostek, który opisuje niezbędną tu do dopisania liczbę zer) i czas ich generacji wynosi 25 minut. Podczas gdy nas jest kilka miliardów i nasza generacja trwa średnio 25 lat. One maja czas, którego my nie mamy i populację, którą spokojnie mogą zdziesiątkować, a my nie.

Komórka bakteryjna jest na ogół otoczona ścianą komórkową, wystarczy więc, by uszczelniła swoje osłony i zatrzymała antybiotyk na zewnątrz, jeśli działa on hamująco na jakieś jej wewnętrzne struktury. Może to zrobić pogrubiając ścianę, ale też tracąc białko, które miało transportować antybiotyk do środka, lub za pomocą specjalnych białek wypompowywać specyfik z wewnątrz na zewnątrz, stale i skutecznie.

Gonimy niczym Alicja

Co więcej, bakterie mogą bez skutku śmiertelnego tak zmodyfikować swoje wewnątrzkomórkowe struktury, że antybiotyk nie będzie się do nich „kleił”. Ergo, nie będzie w stanie ich zablokować. A struktury te będą nadal funkcjonalne, czyli zapewnią bakterii przeżycie. Kolejna samoobrona bakterii to produkcja enzymu, który będzie rozwalać antybiotyk, czyniąc go nieaktywnym.

Tu jest ciekawy moment: skąd mogą mieć taki enzym? Ano, przecież antybiotyki są w naturze produkowane przez mikroorganizmy. Czyli inne bakterie lub grzyby pleśniowe – takie na przykład, jakie rosły na płytkach sir Aleksandra Fleminga i wiele innych, żyjących w glebie. Skoro produkują antybiotyki, muszą same być jakoś zabezpieczone przed ich działaniem. Często dzieje się to dzięki zdolności rozkładania produkowanego przez siebie antybiotyku i substancji podobnych do niego chemicznie.

Taki enzym rozkładający antybiotyk to jest białko. Białka kodowane są przez geny. A gen to kawałek DNA. Taki kawałek, sam bądź w towarzystwie innych, może opuścić komórkę bakteryjną na rozmaite sposoby, choćby wtedy, gdy ta pęka zabita przez jakiś czynnik środowiska i wylewa swe wnętrze. Jak zaś wyszedł, tak i może wejść do innej komórki bakteryjnej, która takiego, zapewniającego oporność na antybiotyki kawałka DNA dotąd nie miała. Mogą nawet powstać, szybko rozprzestrzeniające się w środowisku szpitalnym, całe klastry genetyczne, zbudowane z kilkunastu odcinków kodujących oporność na wiele konkretnych antybiotyków. Autentyczne gwiazdy śmierci.



Odpowiedź na pytanie trzecie wynika z powyżej opisanych mechanizmów. W wyścigu po nowe antybiotyki aż dostaliśmy zadyszki, by stać w tym samym miejscu od jakiegoś ćwierć wieku, kiedy to na rynek wprowadzono ostatnią nową rodzinę antybiotykową. Wszystko co potem, 12 „nowych” antybiotyków zarejestrowanych po 2000 roku, to odgrzewanie starych kupletów w coraz bardziej ogródkowym teatrzyku.

Nobel za nowe antybiotyki się nie zapowiada, bo nie ma nic, za co można by go było wręczyć. Gdyby coś się pojawiło, jakaś nowa penicylina czy streptomycyna, natychmiast tego Nobla by przyznano. Biegniemy niczym Alicja szarpana za rękę przez okropną bakteryjną Czerwoną Królową, bo ta ciągle się zmienia, ciągle się przystosowuje do każdej, nawet najdroższej trucizny, którą próbujemy ją zabić. A nasz bieg musi być tym szybszy, im więcej antybiotyków będzie używanych źle i niepotrzebnie. Bo to one stają się siłą selekcjonującą coraz bardziej wielooporne mikropotwory. Ograniczenie zatem „spożycia antybiotyków”, to priorytet FDA (Agencja Żywności i Leków), CDC (Centrum ds. Zapobiegania i Kontroli Chorób), WHO (Światowa Organizacja Zdrowia) oraz każdej innej instytucji walczącej z zagrożeniami zdrowia publicznego.

Antybiotyki jak dropsy

Antybiotyki bywają bowiem spożywane, a nie zażywane. Na wszelki wypadek, profilaktycznie, na schorzenia o podłożu wirusowym czy grzybiczym (na które nie działają) oraz stosowane w tuczu zwierząt i weterynarii. Bywają też brane, jak środki nasercowe („bo mnie coś rozbiera”), czy jak pastylki od bólu głowy (jak anginowe gardło boli, to biorę, a jak nie boli, to przestaję). Zażywane jak miętowe dropsy: 4 razy dziennie to znaczy 24:4 = co 6 godzin, a nie o 10, kiedy wstałem, o 12, kiedy jadłem, o 17, kiedy obudziłem się z drzemki i o 21, kiedy sobie przypomniałem, że doktor kazał brać 4 tabletki dziennie.

Sami sobie wykuwamy ten los, o którym napisałam wcześniej – 10 milionów zgonów w roku 2050. Albo i więcej, i szybciej. Niedokończenie serii antybiotyków, bo już nam lepiej, sprawia, że niedobitki bakteryjne przetrwają i znów będziemy chorzy, tym razem mając w sobie bakterię oporną. To samo zjawisko występuje, gdy lek jest brany nieregularnie.



Skoro zatem nowych antybiotyków nie będzie – bo „big farma” to nie są instytucje charytatywne, tylko biznes, a my sami „spożywając” antybiotyki obchodzimy się z nimi jak małpa z brzytwą – gdzie jest jakieś światełko w tunelu? Jakiś jest!

W najnowszym „Nature biotechnology” naukowcy i jednocześnie biznesmeni z Kaliforni (reprezentujący Uniwersytet Stanforda i firmę InSilixa) opracowali swoisty skaner rozpoznający w organizmie pacjenta dziesiątki różnych bakterii i ich genów oporności, i to w ciągu kilku godzin.

Ma to ograniczyć do minimum czas tzw. antybiotykoterapii empirycznej i zastąpić powszechne obecne podejście, generujące narastanie oporności, terapią ukierunkowaną. Czyli taką, gdzie podawany jest antybiotyk najstosowniejszy (ze względu na wzór oporności i gatunek chorobotwórczego mikroba), w takiej dawce i ewentualnej kombinacji z innymi lekami, by gwarantowała szybki powrót do zdrowia.

To może, choć nie musi być przełom. Ale antybiotyków przepisanych pacjentom bez sensu jest w medycynie po prostu stanowczo za dużo.



Klasyczne metody analizy mikrobiologicznej wymagają wyizolowania bakterii z materiału klinicznego, np. krwi, moczu, plwociny. To oznacza posiew, hodowlę w różnych warunkach (tlenowe, beztlenowe, etc.), wyizolowanie pojedynczej kolonii z płytki, gdzie rośnie wiele różnych rzeczy. Nie jesteśmy sterylni i 99,99 procent bakterii, które w sobie mamy, nam nie szkodzi. No chyba, że mamy je we krwi, płynie mózgowo-rdzeniowym i innych płynach ciała, które są sterylne, gdy jesteśmy zdrowi.

Zagrożenia? Raczej niedoskonałości

Ten proces przygotowywania materiału do analizy trwa minimum 24 godziny. Potem antybiogram – kolejne minimum 24, czasem dłużej. A to narażanie życia pacjenta i zdrowia publicznego na wielkie straty. Podejście nowocześniejsze, stosowane w wielu szpitalach, zakłada wykorzystanie automatyzacji (czasem opartej o badanie DNA mikroba) w analizie bakterii jako gatunku i jej antybiotykowrażliwości. To skraca ten proces do kilku, kilkunastu godzin. Nadal jednak trzeba hodować materiał biologiczny. Tu, jeśli chodzi o najistotniejsze płyny pobierane z naszego ciała, można hodować je także w specjalnych butelkach w automatach, pozwalających śledzić, czy jakakolwiek bakteria nie rośnie, wydzielając gazy. To by świadczyło, że płyn taki od zarania nie był sterylny. Nie powie nam jednak, co rośnie w środku i czy jest oporne na leki.

Wynalazek zaprezentowany przez InSilixa radzi sobie właśnie z tym, jakże długim procesem określania, co tam „rośnie” i na jakie antybiotyki „pójdzie”, jak i z czasem hodowli materiału pobranego od pacjenta, podczas którego dostaje on to, co doktor lubi zapisywać, albo apteka szpitalna podpowie, bądź co zalecają w danych przypadkach rekomendacje krajowe czy szpitalne.

Gdy próbka zakażonego materiału, np. krwi, zostanie pobrana od pacjenta, jest automatycznie ładowana do aparatu wielkości laptopa. W nim automat błyskawicznie izoluje DNA zawarte w próbce, dzięki 5 kolejnym, odmiennym procesom chemicznym i ładuje je na specjalny chip. Tam jest ono jak najszybciej analizowane pod względem sekwencji – na zasadzie porównywania tego, co było w próbce, ze znanymi sekwencjami DNA bakterii chorobotwórczych. Co więcej, w tym samym momencie określane jest występowanie w próbce genów warunkujących oporność na antybiotyki.

Dziś chip może rozpoznać kilkadziesiąt najpopularniejszych bakterii chorobotwórczych i 54 sekwencje DNA warunkujące powstawanie oporności na antybiotyki. Docelowo ma być to macierz 100 bakterii na 100 oporności. I w dodatku powinno się dać ten chip dostosowywać do wymagań klientów, nie wszędzie występują bowiem te same groźne bakterie i geny, choć przecież jesteśmy globalną wioską.

Zagrożenia tego nowego podejścia? Powiedziałabym raczej: niedoskonałości.

Po pierwsze pacjent może mieć w danym materiale klinicznym więcej niż jedną chorobotwórczą bakterię. Mogą one z natury wymagać zupełnie innej antybiotykoterapii. Nie będzie wiadomo, który ma jakie z rozpoznanych na chipie genów oporności. Choć oczywiście w trakcie infekcji mieszanej bakterie będą wymieniać się materiałem genetycznym i mogą uwspólnić swoje geny oporności.

Po drugie, posiadanie jakiejś sekwencji warunkującej normalnie oporność nie musi je jednak dawać. Zawsze istnieje – jak próbowano nam boleśnie wyjaśniać na lekcjach biologii – różnica pomiędzy potencjałem zakodowanym w genotypie, a cechami wyrażonymi w fenotypie (m.in. właściwości fizjologiczne, zachowanie, zmiany biologiczne), zależnymi często od otaczającego środowiska. Zatem mogłoby dochodzić do sytuacji, w której jakiś dobry i tani antybiotyk jest usuwany z terapii, a mógł okazać się skuteczny. Tu trzeba jednak przyznać, że takie „milczące” geny oporności „budzą się” czasami podczas terapii antybiotykiem, na którego oporność warunkują.

Może się zatem okazać, że naukowcy z Kalifornii nie tylko rozbujają swój biznes i zarobią pieniądze, ale też pomogą nam wszystkim uniknąć przeznaczenia, które tak doskonale oddali chłopcy z komediowej trupy Monty Python w „Świętym Graalu”: „Bring out your dead! Bring out your dead!” (Wyciągnij swoich zmarłych!).



– Magdalena Kawalec-Segond,
biolog molekularny i mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii” (Adamantan, Łódź 2008)

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy