Brian Michael Luna. molekulární mikrobiolog a imunolog. První autor publikace. University of Southern California Medical Center, Los Angeles, CA (Kredit: USC)

První z dobrých zpráv, objev antibiotika účinného proti vysoce odolným bakteriálním kmenům přezdívaným vražedným příšerám „superbugs“, je z University of Southern California.

Acinetobacter baumannii patří do skupiny patogenů s vysokou mírou antibiotická rezistence, která je zodpovědná za většinu nozokomiálních infekcí. Obrázek je pořízen skenovacím elektronovým mikroskopem. Kredit Vader1941, CC BY-SA 4.0.

Vlastně to není jen zásluha Američanů, neboť se týká antibiotika rifabutin objeveného Italy už před 45 lety. Až poté, co se jeho výroba stala majetkem firmy Pharmacia, vešlo antibiotikum ve známost pod značkou Mycobutin. Ten z povědomí veřejnosti poněkud vyšuměl, protože kvůli nižší ceně, ho převálcoval rifampicin.

Na italskou stařinku rifabutin ale nezapomněli na jihu Kalifornie.

Tým Brada Spellberga, který se v Los Angeles věnuje noční můře všech klinik – vysoce odolným bakteriím, na něž nic nezabírá, zjistil, že  stařičký rifabutin, který už desítky let nikdo na bakteriální „superzmetky“ pořádně netestoval, je na ně vysoce účinný. Konkrétní testy provedli v Americe na Acinetobacter baumannii, což je až příliš častá příčina život ohrožující infekce, kterou pacienti chytnou až v nemocnici.

Brad Spellberg. Vedoucí patnáctičlenného kolektivu, který se zasloužil o reinkarnaci starého antibiotika do nové role v boji se superbugs. University of Southern California Medical Center, Los Angeles, CA

Podle vyjádření prvního autora publikace Briana Luna, docenta molekulární mikrobiologie a imunologie na University of Southern California, je velká šance, že se najdou další taková „zapomenutá“ antibiotika. Jednak proto, že je nikdo netestoval, a pokud ano, tak že k tomu použil skríningové testy veskrze špatné.

Acinetobacter baumannii je známější pod přezdívkou“ Iraqibacter ”. To kvůli náhlému vzplanutí infekcí ve vojenských léčebných zařízeních v době, kdy USA válčili s Irákem. Nejen, že jím způsobená pneumonie kosila nešťastníky v polních lazaretech, ale že se spolu s veterány se postupně rozšířila do civilních nemocnic. Dnes už je tento rezistentní prevít rozlezlý po celém světě a postrachem všech nemocnic. Komplikace přináší především pacientům, kteří jsou katetrizováni a nebo napojeni na plicní ventilátor. Své oběti zdolává zánětem plic, ale i meningitidou a infekcemi krevního řečiště. Že jde o mocného protivníka, dokládá statistika CDC. Centrum pro kontrolu a prevenci nemocí činí Acinetobacter baumannii odpovědný za asi 2 % z 99 000 každoročních úmrtí na nemocniční infekce v USA.

Jak je možné, že se na účinnost rifabutinu proti superbugům nepřišlo už dříve?

Důvod je prostý. To, jak se testy už tři čtvrtě století provádějí, je chybné. Jak u nových, tak u těch starých  antibiotik, se totiž jejich účinek zkouší na bakteriích pěstovaných v „bohatém kultivačním médiu“. Někdy v živném médiu, jindy gelu, ale vždy v prostředí optimálním pro rychlý růst bakterií.  A právě v tom je podle autorů publikace, zakopaný pes. V lidském těle totiž bakterie na růžích ustláno nemají.

Rifabutin objevili vědci italské farmaceutické firmy Achifar v roce 1975.

Podle Brada Spellberga, hlavního lékaře v univerzitním lékařském středisku v Los Angeles, jsou vypovídající jenom ty testy, které co nejvěrněji napodobují in vivo podmínky. Uvnitř těla mají bakterie k dispozici totiž pouze omezený obsah živin. Jen tak postavené testy dovolují odmaskovat skrytou sílu testovaných antibiotik a léčebných postupů. Je to i příběh našeho rifabutinu. Proti bakteriím v běžně používaných médiích se jevil být neúčinný. Zato v médiu omezeném na živiny a stejně tak při ověřování a kultivaci ve zvířecí tkáni, zakročil proti Acinetobacter baumannii razantně.

Rifabutin je antibiotikum, které inhibuje DNA-dependentní RNA polymerázovou aktivitu v citlivých buňkách. V překladu do lidštiny to znamená, že jde o molekulu ztěžující bakteriálnímu enzymu syntetizujícímu ribonukleovou kyselinu práci a potlačením RNA syntézy přivodí bakteriím smrt. Pochopitelně, že bakterie mají tendenci se takovým molekulám bránit a přes membránu si je hned tak nepouští. Rifabutinu se to daří díky jeho jedinečné strategii „trojského koně“. Obchází vnější hradby bakteriální obrany tím, že nechává na samotných bakteriích, aby si léčivo vtáhly dovnitř samy prostřednictvím svých molekulárních pump. Tradiční kultivační média, tím, že obsahují vysoký obsah železa a aminokyselin, aktivitu bakteriálních membránových molekulárních pump snižují. V lidském těle ale tak vysoké koncentrace nejsou.  Proto se teprve až novým prověřováním přišlo na to, jak staré a opomíjené antibiotikum, je ve skutečnosti vysoce nadějným lékem na infekce, na něž jsou i antibiotika poslední volby krátká. Dostat staronový lék do praxe by přitom nemuselo být složité, ani zdlouhavé. Byl totiž už před téměř třiceti lety FDA schválen k léčbě tuberkulózy.

Jedová šipka z Princetonu

Zemer Gitai (třetí zprava) se svojí „bandou z Princetonu“. Právě jeho týmu se podařilo objevit sloučeninu, která zvládá dvě věci. Propichuje bakteriím jejich stěnu a následně jim brání v syntéze dědičné informace. Kredit: PU.

Zatímco  výzkumníci z Los Angeles na pobřeží Pacifiku zabodovali se staronovým antibiotikem a poznatkem, že se testování na účinnost antibiotik dělalo špatně, z opačného konce USA, z Princetonu (stát New Jersey, 60 km jihozápadně od New Yorku) hlásí objev molekuly, která nejspíš dá vznik celé nové třídě antibiotik. Jejich poznatek zveřejnil prestižní vědecký časopis Cell. V článku se píše o sloučenině SCH-79797, která je účinná na Gram-negativní bakterie tím že je připraví o folát.

Kyselina listová

Co je folát?

Folát (nebo také folacin), jsou označení pro  aktivní formu vitamínu B9. Aktivní forma kyseliny listové, tetrahydrofolát, je koenzym transferaz, které přenášejí jednouhlíkaté zbytky při tvorbě nukleotidů (nezbytné součásti genetického kódu). Bez folátu to zkrátka nejde u nás, ani u bakterií a o něj ochuzené buňky čeká smrt.

Co jsou Gram-negativní bakterie?

Gramovo barvení je jedno ze základních barvení v mikrobiologii. Je založeno na různé stavbě bakteriální stěny. U gram-pozitivní (G+)  se krystalová violeť dostává do buněk a tvoří s Lugolovým roztokem modrou komplexní barvu. Alkohol není schopný prostoupit jejich buněčnou stěnou a rozpustit komplex. Dobarvení safraninem jim pak dodá tmavě fialovou barvu.

Schéma účinku. Derivát látky SCH-79797 v podobě irresistinu-16 rozcupuje bakteriím jejich buněčnou membránu, a pak naruší syntézu folátu. Výsledkem jsou vysmáté myšky, neboť k jejich savčím buňkám je látka ve svém účinku stokrát šetrnější, než k buňkám vaginální bakteriální infekce. Kredit: Martin, et al.,2020.

V našem případě bude řeč o gram-negativních bakteriích ale nepůjde nám u nich o jejich slabší barvu, jakou tímto barvením získávají, ale o něco, co si při troše zjednodušení můžeme přirovnat k jakémusi pancíři, jímž je jejich vnější stěna opatřena, a na němž troskotá většina antibiotik. V podstatě lze říci, že za uplynulých třicet let se na trh nedostalo žádné nové antibiotikum cílené na zabijáky z řad na gram-negativních bakterií.

Co je  SCH-79797

Pro chemiky to je:  N3 -Cyklopropyl-7 - [[4- (1-methylethyl) fenyl] methyl] -7 'H -pyrrolo [3,2- f ] chinazolin-1,3-diamindihydrochloridu.

SCH-79797.

Pro nás normální to je něco jako dva v jednom. Respektive sloučenina, která nejprve naruší integritu buněčné stěny a následně buňce znemožní využívat folát. Účinkem se dá přirovnat šipce prorážející obludným rezistentním bakteriím jejich brnění, která je svým jedem napuštěným hrotem otráví. 

Látka  SCH-79797 není světu tak úplně neznámou sloučeninou. Využít ji jako antibiotikum zatím nikoho nenapadla, už kvůli tomu, že nerozlišuje mezi buňkou bakteriální a savčí a obě se snaží zabít stejnou vervou.  Teprve až její derivát "Irresistin-16" přestal být pro pacienta rizikem, že ho zabije dříve, než infekce. Modifikovaná molekula je už k savčím buňkám tisíckrát méně toxická, než k buňkám bakteriálním.

Centrum pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) zařadilo Neisseria gonorrhoeae do první pětky naléhavých hrozeb tzv. drug resistance.

Při ověřování účinnosti látky na bakterie, nemohli výzkumníci volit lépe. Rezistentní kmeny  N. Gonorrhoeae cirkulují mezi studenty na univerzitních kampusech a jsou často rezistentní na vše, co mají doktoři k dispozici. Pokusy na myších dobrovolnicích sužovaných úpornou vaginální kapavkou zdokladovaly, že nové antibiotikum skutečně funguje.

Než vědci svůj super objev pustili do světa, ověřili si, zda si náhodou na tuto léčbu bakterie nezvykají. Prověřit to dostal na starost první autor publikace, Martin. I když provedl nespočet pokusů a nakonec použil i hrubou sílu v podobě 25 dní, při nichž bakterie pasážoval a vystavoval je působení sloučeniny SCH znovu a znovu.

Vzhledem k tomu, že bakteriím trvá asi 20 minut, než zplodí další generaci, dal jim tím miliony šancí vyvinout si rezistenci. Nestalo se. Zato v paralelně probíhajících  pokusech s klasickými antibiotiky (novobiocinem , trimethoprimem, nisinem a gentamicinem) si bakterie poradily velmi rychle. V publikaci pro tento poznatek vědci používají frázi „nezjistitelně nízké frekvence rezistence“. Odtud také pramení označení, které derivátu molekuly SCH-79797 dali: „Irresistin“.

Závěr

Největší slabinou antibiotik je, že si bakterie na ně rychle zvykají. U této sloučeniny, kterou vědci rovněž nazývají antibiotikem, se jim ani s mimořádným úsilím, rezistenci u bakterií navodit nepodařilo. V Princetonu jsou nejspíš na stopě celé nové třídě antibiotik, kterým se bude říkat irresisitiny, a které si poradí i s infekcemi, na které jsou stávající antibiotika krátká.

Literatura

B. Luna a kol., A nutrient-limited screen unmasks rifabutin hyperactivity for extensively drug-resistant Acinetobacter baumannii, Nature Microbiology (2020). DOI: 10,1038 / s41564-020-0737-6 
James K. Martin II, et al.: "A dual-mechanism antibiotic kills Gram-negative bacteria and avoids drug resistance," Cell (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.05.005