Po ciemności zabłysło światło, czyli jak zwalczyć wielooporne bakterie naświetlaniem

„Ciemność widzę, ciemność” to dobre podsumowanie sytuacji, w jakiej znajduje się dziś antybiotykoterapia. To ta działka w medycynie, która musi na co dzień dawać sobie radę z naszymi zapaleniami płuc, ropiejącymi ranami, anginami i innymi częstymi przypadłościami wywoływanymi przez bakterie chorobotwórcze. Dziś ciemność tę może rozproszyć światło.

Gdy spojrzeć dalej niż przychodnie, do szpitali i klinik, ciemność jest jeszcze większa, a zakażenia – groźniejsze. Bakterie po prostu coraz bardziej masowo uodparniają się na wszelkie antybiotyki dostępne medycynie, a nowych, skutecznych wobec wielu rodzajów bakterii i w stężeniach nietoksycznych dla ludzi po prostu nie ma.  

 

Praca nad nowym antybiotykiem to jakieś 30 lat, ochrona patentowa trwa najczęściej 10. Leki z tej grupy są coraz droższe i coraz bardziej potrzebne w coraz większych dawkach, aby przełamywać narastającą oporność. Bakterie bowiem bardzo szybko dzieląc się (co oznacza również – szybko mutując) i wydajnie wymieniając miedzy sobą materiał genetyczny, mogą się uodparniać na wiele antybiotyków i akumulować warunkujące to geny. Oznacza to szybkie powstawanie wśród bakterii szczepów tzw. wieloopornych, czyli opornych na co najmniej kilak grup antybiotyków jednocześnie.  

Gdy taki właśnie szczep bakterii wywoła poważne zakażenie, np. sepsę czy zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, odpowiedź musi być natychmiastowa i zabójcza dla bakterii. A to coraz częściej niemożliwe. Zagrożone jest życie milionów ludzi, a problem się pogłębia.

Poszukiwanie nowych, a czasem odkrywanie ponownie starych rozwiązań jest potrzebą chwili. W tym właśnie nurcie na łamach „Proceedings of the National Academy of Sciences” („PNAS”) pojawiła się praca mikrobiologów z Texas A&M University i University of São Paulo pod kierunkiem Vladislava Yakovleva i Paula de Figueiredo, którzy próbują dołożyć do antybiotyków światło, aby ta kombinacja była bardziej bójcza, niż każdy z tych środków antybakteryjnych z osobna.

Nie jest już dziś, po kolejnych falach pandemii, dla nikogo chyba tajemnicą, że światło, zwłaszcza zaś np., promieniowanie ultrafioletowe, dla nas niewidoczne, potrafi niszczyć drobnoustroje. Dzieje się tak z kilku powodów. Np. dzięki światłu powstają wolne rodniki tlenowe, w niektórych długościach fali świetlnej zachodzi również zjawisko jonizacji powietrza. Światło jest też ogólnie akceleratorem utleniania, co uświadomi sobie każdy, kto widział kolorowe ubrania czy zasłony wystawione na długotrwałe działanie światła słonecznego. Ich kolory blakną – to jest właśnie ich utlenianie.

Bakterie – ich lipidowe błony komórkowe, ich białka, ich DNA jest oczywiście wrażliwe na silne utleniacze. Dlatego polewamy wodą utlenioną rany, by dokonać szybkiej dezynfekcji. 

Światło jest katalizatorem wielu reakcji chemicznych, niektóre z nich mogą silnie limitować żywotność bakterii. Sama w sobie tzw. terapia fotodynamiczna (PDT) była znana i stosowana z lepszym lub większym skutkiem, np. do przyspieszania gojenia zakażonych ran, już przed II wojną światową.

Już w 1903 r. Niels Finsen zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii za wykorzystanie filtrowanego światła słonecznego – o wyższej częstotliwości lub widma ultrafioletowego – jako leku na gruźlicę skóry. Potem jednak pojawiły się sulfonamidy, i wreszcie jeszcze od nich skuteczniejsze antybiotyki, także o PDT zapomniano zupełnie. Dziś powraca, ale nie w pojedynkę, ale jako możliwe działanie synergistyczne do antybiotykoterapii.

Synergia jest w antybiotykopterapii stosowana od wielu lat. Np. znane nam wszystkim penicyliny działają synergistycznie z aminoglikozydami (np.m gentamicyna, tobramycyna). Oznacza to, że ich stosownie dobrana kombinacja jest skuteczniejsza – działa szybciej i w niższych stężeniach, niż każdy z tych antybiotyków z osobna przeciwko wielu różnym bakteriom.

Tym razem mikrobiolodzy stosowali światło, zamiast owego drugiego antybiotyku. I badali zależności między intensywnością naświetlań rozmaitymi stosowanymi długościami fali świetlnej oraz różnymi antybiotykami. 

Pewna przewaga środków fizycznych, jak światło czy radiacja, a także niektórych chemicznych, jak 70-proc. alkohol, nad antybiotykami jako takimi polega na tym, że na owe środki bakteria nie bardzo może się uodpornić. Postanowiono zatem „poznęcać się” nad bakteriami już opornymi na antybiotyki, co jest o tyle sensowne, że stanowią one dziś większość w środowisku szpitalnym.

Jako bakteria służył oporny na meticylinę Staphylococcus aureus (MRSA) – namezis nasza od niemal pół wieku. Naukowcy hodowali kultury bakteryjne z niebieskim barwnikiem zwanym błękitem metylenowym, który służył tu jako fotouczulacz, powodujący reakcje między światłem a tlenem, aby upewnić się, że sam z siebie nie wpłynie na bakterie.

Uczeni użyli MRSA i trzech głównych składników PDT: tlenu cząsteczkowego, światła i błękitu metylenowego, który jest już zatwierdzony przez FDA do użycia w terapii u ludzi. Źródłem światła były specjalnie skonstruowane panele z 25 diodami LED w stożkach odblaskowych, zbudowane przez Laboratorium Wsparcia Technicznego Instytutu Fizyki São Carlos. Urządzenie owo działało najpierw na bakterie, aby ustalić, w jakich zakresach natężenia światła i czasu trwania naświetlań bakterie słabną, czy osłabieniu ulegają bardzo wrażliwe na utlenianie ich osłony komórkowe. Trzeba było znaleźć działające minimalne dawki naświetlań. 

 

Ponieważ badanie w całości przeprowadzano in vitro, konkretną liczbę komórek bakterii naświetlano i ponownie wysiewano – aby ustalić, czy ubyło, czy przybyło. Liczą się zmiany logarytmiczne, czyli 10 razy mniej lub więcej. Na tak osłabione komórki działano antybiotykami.

Fenomen MRSA polega na tym, że oprócz oporności na wszystkie antybiotyki penicylinopodobne (beta-laktamy) aktywne wobec gronkowców, są oporne na wiele innych klas antybiotyków, ponieważ wydajnie akumulują geny oporności. Należało zmierzyć działanie kombinacji antybiotyków po działaniu PDT, co pozwalało zobaczyć, jak osłabione są bakterie. Im słabsze, tym antybiotyki w niższych stężeniach je zabiją, co daje się zmierzyć i policzyć. 

Celem, jak objaśniają autorzy badania, jest skrócenie czasu leczenia i zmniejszenie dawki antybiotyków do najniższych potrzebnych poziomów. Wyższe bowiem dawki nie tylko są droższe: mogą być coraz bardziej szkodliwe, obciążone działaniami ubocznymi.

Jedna wizyta u lekarza z powodu zakażenia bakteryjnego zamiast dwóch to także szansa dla miejsc „daleko od szosy”, które nieźle znają z doświadczenia brazylijscy współpracownicy badania. Jak donoszą media uniwersyteckie teksańskiej uczelni, także Departament Obrony USA uważnie śledzi projekt, ponieważ infekcje ran na polu bitwy to codzienność, wymagająca jak najwydajniejszej szybkiej i skutecznej odpowiedzi. 

 

Badanie in vitro pokazuje, że jest spora szansa na synergiczne działanie naświetlań i terapii antybiotykowej, z wykorzystaniem antybiotyków, na które bakteria jest nominalnie oporna in vitro. Innymi słowy – wcześniejsze naświetlanie wspomaga antybiotykoterapię, uwrażliwia bakterie na antybiotyki. Oczywiście nadal mają one zakodowany mechanizm oporności na nie, ale… Ich osłony i pozostałe systemy biologiczne przestają sobie wydajnie radzić z obecnością antybiotyków mimo owych genów oporności.   

Zanim jednak będziemy mieli szybkie i tanie sposoby wspomagania antybiotykoterapii naświetlaniami, trzeba uświadomić sobie trzy rzeczy. Pierwsza jest taka, że od in vitro do in vivo droga daleka. Trzeba poczekać, aż to będzie wydajnie działać nie tylko na płytkach, ale i w modelach zakażeń zwierzęcych.

Po drugie, skoro światło działa również na cząsteczki antybiotyków, które może uszkadzać utleniając, antybiotykoterapię trzeba będzie realnie oddzielić od naświetlań – a nie jest jasne, jak czasy in vitro mają się do prawdziwej zakażonej rany, choćby jej wielkości.

Po trzecie wreszcie mamy świadomość, że bakterie podczas zakażenia są jednak w organizmach ukryte. Często tam, gdzie światło nie dochodzi. Sytuacja zatem przypomina stary szmonces, gdzie sprzedawano proszek na pchły. Działał on tak: „łapiesz pan tę pchłę, otwierasz jej pan pysk, sypiesz pan szczyptę tego proszku i pchła, gwarantowanie panu, zdycha”. Gdy już złapiemy, to możemy zdusić pchłę w palcach…. Cud antybiotyków polega również na tym, że wraz z krwiobiegiem dotrą wszędzie, choć nie wszędzie w jednakowym stężeniu. 

 

Jednak bez tych badań in vitro, sprawozdanych na łamach ostatniego numeru „PNAS”, nie dałoby się zacząć tej historii, w której światło pojawia się w ciemności. W ciemności ery przedantybiotykowej, w którą szybko wchodzimy. Jeśli to światło uratuje gasnący cud antybiotyków, niech świeci. 

#Magdalena Kawalec-Segond #ciemność #bakterie