Döbbenetes felfedezés a pusztító baktériumokról

Pseudomonas aeruginosa háromdimenziós illusztrációja

Élő gyógyszerrel, egy génmanipulált baktériummal támadnák meg a lélegeztetőgépre kerülők életét veszélyeztető gyógyszerrezisztens Pseudomonas baktériumokat. A gyógybaktériumot, miután végzett az ellenséggel, pár nap alatt eltakarítja az immunrendszer.

A barcelonai Genomszabályozási Központ és a belőle kivált Pulmobiotics orvosi biotechnológiai vállalat kutatói a világon elsőként terveztek „élő gyógyszert" egyes makacs tüdőfertőzések kezelésére. A célpont a Pseudomonas aeruginosa nevű, sok antibiotikummal szemben természetes ellenállást mutató baktérium, amely a kórházi fertőzések gyakori forrása.

A kezelés a Mycoplasma pneumoniae nevű baktérium génmódosított változatán alapul.

A manipulált baktériumot megfosztották kórokozó képességétől, viszont felfegyverezték a P. aeruginosa ellen, és együttesen alkalmazzák olyan alacsony dózisban adagolt antibiotikumokkal, amelyek önmagukban adva hatástalanok lennének.

Mycoplasma baktérium Forrás: Science Photo Library via AFP/KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Kateryna Kon/Science Photo Libra

A kutatók egereken ellenőrizték a kezelés hatékonyságát, ahol az számottevően csökkentette a tüdőfertőzés súlyosságát. Az „élő gyógyszer" megkétszerezte a kezelt egerek túlélési esélyeit kezeletlen társaikhoz képest. A kezelés egyetlen magas dózisa hatására nem mutatkozott semmilyen toxikus hatás a tüdőben. A kúra végeztével a természetes immunrendszer négy nap leforgása alatt eltakarította a módosított baktériumokat.

A katalán „la Caixa" Alapítvány által támogatott és a Nature Biotechnology folyóiratban publikált kutatást a Genomszabályozási Központ és a Pulmobiotics munkatársai az Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer, a Barcelonai Egyetemi Klinka és az Agrobiotechnológiai Intézet dolgozóival együttműködésben végezték.

A P. aeruginosa okozta fertőzéseket azért nehéz kezelni, mert e baktériumok közösségei ún. biofilmeket hoznak létre. A biofilm egy olyan sűrű, nyálkaszerű réteg, amely a szervezet legkülönböző felszíneihez képes kitapadni, és áthatolhatatlan akadályt képez az antibiotikumok előtt. A P. aeruginosa előszeretettel alkot például biofilmet a kritikus állapotú, gépi lélegeztetésre szoruló betegek légcsövébe helyezett endotracheális cső felületén. A fertőzés gépi lélegeztetéssel összefüggő tüdőgyulladást (ventilator-associated pneumonia, VAP) okoz a géppel lélegeztetett betegek mintegy negyedében (a különböző centrumokból származó adatok 9 és 27 százalék közötti arányokról szólnak), azonban ez a szám az 50%-ot is meghaladja a súlyos COVID-19 miatt lélegeztetőgépre kerülő betegek körében. A VAP akár 13 napra hosszabbíthatja az intenzív osztályon töltött időt, és átlagosan minden nyolcadik páciensnél (az esetek 9-13%-ában) végzetesnek bizonyul.

Pseudomonas aeruginosa háromdimenziós illusztrációja Forrás: Science Photo Library via AFP/ROGER HARRIS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Roger Harris/Science Photo Libra

A kutatók génmérnökség útján alkalmassá tették az M. pneumoniae-t arra, hogy feloldja a P. aeruginosa által képzett biofilmeket. Ezt úgy érték el, hogy az M. pneumoniae-t különböző természetes toxinok, egyebek között ún. pyocinok termelésének képességével ruházták fel. Ezeket a méreganyagokat más, természetben élő baktériumok kimondottan a Pseudomonas baktériumtörzsek elpusztítása vagy növekedésük gátlása érdekében termelik. Az eljárás hatékonyságának bizonyítására a tudósok intenzív osztályon kezelt betegek endotracheális csöveiből gyűjtöttek P. aeruginosa által képzett biofilmet. Azt találták, hogy a kezelés áttörte, majd sikeresen feloldotta a biofilm képezte védőréteget.

Olyan ostromgépezetet szerkesztettünk, amely lerombolja az antibiotikumrezisztens baktériumok védőfalát. A kezelés lyukakat üt a baktériumok sejtfalán, ezzel kulcsfontosságú behatolási pontokat hoz létre az antibiotikumok számára, amelyek így rögtön a forrásánál képesek megszüntetni a fertőzést. Úgy véljük, ez egy ígéretes új stratégia az egyik vezető kórházi halálozási ok leküzdésére"

– nyilatkozta Dr. María Lluch, a Pulmobiotics tudományos igazgatója, a cikk egyik levelező szerzője és a Katalán Nemzetközi Egyetem laborvezetője.

Illusztráció Forrás: Cultura Creative/Andrew Brookes AB Still Ltd/Rafe Swan

Hogy az „élő gyógyszert" emberekben is bevethessék a VAP kezelésére, a kutatóknak a klinikai fáziskísérletek megindítása előtt még további vizsgálatokat kell elvégezniük. Úgy tervezik, hogy a gyógybaktériumok szuszpenzióját egy nebulizer (ködképző porlasztó) segítségével apró páracseppecskékké alakítják, s a párát a betegek egy inhalátor vagy maszk segítségével tudják majd belélegezni.

Az M. pneumoniae az egyik legkisebb ismert baktériumfaj. Luis Serranóban, a Genomszabályozási Központ igazgatójában két évtizede merült fel először az ötlet, hogy módosítás után élő gyógyszerként használják ezeket a baktériumokat. Serrano szakterülete a szintetikus biológia: egy olyan kutatási terület, melynek célja egyes élőlények új, hasznos funkciókkal történő ellátása a genetikai mérnökség módszereivel.

Mindössze 684 génjével és sejtfal nélküli szerkezetével a viszonylag egyszerű M. pneumoniae ideális alany a különböző célú biomérnöki átalakításokhoz.

Az M. pneumoniae egyik nagy előnye a légzőszervi betegségek kezelése terén, hogy maga is természetes módon a tüdő kolonizálásához alkalmazkodott.

A légutakba való bejutása után a módosított baktérium közvetlenül a leküzdendő fertőzés forrásához utazik, s ott megtelepedve időszakos gyárként termeli a terápiás célú molekulákat.

Azzal, hogy a kutatók bizonyították az M. pneumoniae alkalmasságát a tüdőfertőzések kezelésére, megnyitották az utat a baktérium további törzseinek kialakítása felé, amelyek másfajta légzőszervi betegségeket – például tüdőrákot vagy asztmát – gyógyíthatnak. „A baktériumot kedvünk szerint módosíthatjuk úgy, hogy a legkülönbözőbb rakományokat juttassa célba. A szállítmány lehet citokin, nanotestecske vagy defenzin. A cél az, hogy minél változatosabb arzenált építsünk ki ezekből a módosított baktériumokból, s így kihasználjuk a bennük rejlő lehetőségeket mindenféle komplex betegség gyógyítása terén" – hangsúlyozta Serrano.

Azon túl, hogy megtervezték és előállították az „élő gyógyszert", Serrano és munkatársai arra is használják szintetikus biológiai szaktudásukat, hogy az M. pneumoniae által célba juttatható újfajta fehérjéket fejlesszenek. A kutatók e fehérjékkel a P. aeruginosa-fertőzés által keltett gyulladást szeretnék leküzdeni. Bár a gyulladás a szervezet természetes válasza a fertőzésekre, a túlzott mértékű vagy hosszan tartó gyulladás károsíthatja a tüdőszövetet. A gyulladásos reakciót az immunrendszer hangolja össze különböző kommunikációs molekulák, egyebek között citokinek révén. Ezek közül az IL-10 nevű citokin jól ismert gyulladáscsökkentő hatással bír, ezért a gyógyászat élénken érdeklődik iránta.

Mycoplasma baktériumok (Illusztráció) Forrás: Science Photo Library via AFP/KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Kateryna Kon/Science Photo Libra

Egy korábbi, a Molecular Systems Biology szakfolyóirat hasábjain megjelent publikációjukban Serrano és kutatótársai arról számoltak be, hogy a ModelX és FoldX fehérjetervező szoftverek segítségével az IL-10 olyan új változatait hozták létre, amelyek kifejezetten a gyulladás kezelésére lettek optimalizálva. A természetes citokinen olyan változtatásokat eszközöltek, amelyektől a molekula hatékonyabbá és magasabb affinitásúvá vált, vagyis kevesebb kell belőle ugyanakkora mértékű hatás kiváltásához.

A tudósok már létre is hozták az új citokinvariánsokat kifejező M. pneumoniae-törzseket, és P. aeruginosával fertőzött tüdejű egerekben tesztelték a hatékonyságukat. Eredményeik szerint az IL-10 szerkesztett változatai a vad típushoz képest jóval eredményesebben csökkentik a gyulladást. „Az M. pneumoniae-hez hasonló élő terapeutikumok ideális hordozóeszközök a citokinek hagyományosan problematikus célba juttatásához, így elősegítik a citokinek sokféle betegségre kiterjedő óriási gyógyászati potenciáljának kiaknázását. A citokinek terápiás molekulákká való átszerkesztése e kutatás során perdöntő fontosságú volt a gyulladás legyőzésében.

Ugyanez a megközelítés gyümölcsözőnek bizonyulhat az asztma, a tüdőfibrózis és más tüdőbetegségek gyógyításában is

– vélekedik Ariadna Montero Blay, a Molecular Systems Biology-cikk egyik levelező szerzője.