Antibiotikaresistens: Forskare "Träceller" för att avsluta dödlig kris

Läkemedelsresistenta superbugs har hotat människors hälsa i årtionden. Situationen förvärras på grund av bristen på nya antibiotika. Men vad händer om vi ändrade hur vi syftar till att behandla dem, och utbildade våra celler för att döda dessa inkräktare istället för att förlita sig på antibiotika för att göra det smutsiga arbetet? Den här nya strategin, som kallas värddiktat försvar, skulle kunna bidra till att lösa antibiotikaresistensproblemet.

Antibiotikaresistens är ett växande bekymmer för global hälsa. En nyligen rapporterad rapport från den brittiska regeringen visar att varje år globalt omkring 700 000 människor dog på grund av infektioner orsakade av läkemedelsresistenta bakterier. Rapporten varnade också för att dödsstödet utan åtgärd skulle kunna stiga till 10 miljoner globalt och kosta 80 biljoner dollar till världsekonomin.

Se även: Antibiotikaresistenta bakterier kan stoppas med gammal irländsk folklösning

Läkemedelsresistens är också ett allvarligt problem i USA. Mer än 23 000 människor dör varje år på grund av multidrugsresistenta patogener och kostar landet cirka 55 miljarder dollar per år. De främsta synderna som hotar USA är meticillinresistenta Staphylococcus aureus (MRSA), karbapenemresistent Enterobacteriaceae (CRE) och Clostridium difficile.

Bristen på nya antibakteriella läkemedel i utveckling för att hantera det växande hotet är en störande trend. En patogen som är resistent mot ett läkemedel som är reserverat för att behandla infektioner när alla andra har misslyckats är ett särskilt problem. Detta är fallet med karbapenemresistenta patogener.

Minskningen av antibakteriella läkemedel i kombination med framväxten av läkemedelsresistenta patogener kräver alternativa metoder.

I Malay Haldars lab, tillsammans med andra projekt, studerar mina kollegor och jag hur faktorer i en värd värd spelar en roll som svar på infektioner. För att testa tillvägagångssättet gör vi detta arbete med hjälp av en musmodell av infektioner. Vårt mål är att hitta nya egenskaper eller faktorer hos värden som kan riktas till att öka individens immunsvar tillräckligt högt för att döda de förekommande mikroberna. Den värdfaktor vi undersöker kallas Spi-C, en gen som finns i varje cell i människokroppen.

Targeting värdfaktorer

Mitt intresse för värdfaktorer uppstod under mina doktorandstudier. Samtidigt som jag arbetar på min Ph.D. forskningsprojekt, lärde jag mig att värdfaktorer, olika egenskaper som är inbördes för människor, spelar en viktig roll vid bakterieinfektioner. Detta inspirerade mig att undersöka hur värdens immunsystem bekämpar bakterier.

Ny insikt i värdens försvar mot patogener har lett forskare att utforska en ny strategi som kallas värdstyrd terapi (HDT), en relativt ny idé som bara har funnits i ungefär ett decennium.

Målet med HDT är att förbättra och förstärka värdens immunsvar att döda patogener, snarare än att förlita sig endast på antibakteriella läkemedel. Genom att rikta värdfaktorer och leverera antibiotikabehandling, levererar HDT en dubbel whammy.

Kroppen svarar naturligt på infektioner med inflammation, en process där specifika populationer av immunceller attackerar och dödar de invaderande bakterierna genom att antingen äta dem eller zappa dem med proteinvapen. Obehandlad inflammation utlöser emellertid produktion av proteiner som kan orsaka multiorgan-fel och kan till och med döda värden. Därför är kontroll av inflammation avgörande för att bekämpa patogener samt för att skydda kroppen mot hyperinflammation.

HDT inkluderar en serie behandlingar som ökar värdens respons på patogener och skyddar även värden från överdriven immunsvar. HDT inkluderar cellterapi, i vilken en specifik population av benmärgsceller injiceras i värdkroppen för att förhindra överdrivet immunsvar och vävnadsskada. En annan HDT innefattar vanliga droger för icke-infektionssjukdomar. Statiner och ibuprofen, till exempel, lugna värdresponsen mot infektioner. Biologics, de komplexa molekylen som produceras genom rekombinant DNA-teknik, gör det också genom att neutralisera småstora proteiner och minska vävnadsskador. Näringsprodukter, såsom vitamin D3, har också visat sig få en värds immunceller att frigöra antibakteriella ämnen som förbättrar patogendödande.

HDT i kombination med antibakteriella läkemedel visar stort löfte vid behandling av olika multidrugsresistenta patogener, särskilt mot Mycobacterium tuberculosis, patogenen som orsakar tuberkulos, en av de 10 största orsakerna till döden över hela världen.

Anpassa behandlingar för infektioner

Under det senaste årtiondet har forskare gjort stora framsteg i värdfaktorforskning, vilket leder till nya terapeutiska strategier.

En av dem är personlig medicin, där en genomisk ritning kan avgöra individens unika känslighet för sjukdomar och välja lämpliga terapier.

Detta koncept tillämpas i ickeinfektionssjukdomar som cancer. Emellertid är tillämpningen av konceptet vid infektionssjukdom mycket ny. Emellertid leder personlig medicin till att vi spekulerar på varför vissa individer är mer benägna att infektera än andra. Mina kollegor och jag tror att sådana skillnader kan orsakas av subtila skillnader i värdfaktorns DNA. Genom att koppla dessa skillnader, kallade polymorphisms, till nivån av individer sårbarhet mot infektioner, hoppas vi att vår forskning kommer att bidra till precisionsmedicinen av bakteriella infektioner.

Vår Quest for a Novel Host Factor

Mina kollegor i Haldarlaboratoriet och jag utforskar rollen som Spi-C i bakteriell infektion. Spi-C är avgörande för utvecklingen av en specifik typ av celler i mjälten som reglerar järnförvaringen i kroppen. Järn är viktigt för transport av syre i röda blodkroppar.

Men under bakterier kräver bakterier också järn. De behöver det för tillväxt, och de tävlar med värden för att få det. Om vi ​​skulle kunna ändra aktiviteten hos Spi-C-genen kan vi därför beröva bakterier av detta viktiga näringsämne och därigenom stoppa infektionerna utan att skada värden.

I ett aktuellt papper sammanfattade vi järnens effekt i värdceller och dess interaktioner med värdfaktorer i närvaro eller frånvaro av infektioner.

I möss testade vi värden som värdfaktor, Spi-C, som ett sätt att försvara värden. I denna studie injicerade vi en kemikalie som är en del av bakterierna i mössen. Vi ville utlösa förändringar som uppstår i djuret under en verklig bakterieinfektion.

Se även: "Mardrömbakterier": Vad du behöver veta om antibiotikaresistenta bakterier

Våra preliminära resultat visade att värdfaktorn är aktiv i olika organ hos möss som behandlas med kemikalien. Vi tror att denna aktivering spelar en roll i värdförsvaret. Och vi fann faktiskt att förlust av Spi-C-aktivitet ökade frisättningen av småproteiner som underlättar värdförsvaret mot patogener jämfört med cellerna som har normal Spi-C-aktivitet. Vi tror att denna förändring i små proteiner kan skydda värden från hyperinflammation som svar på infektion.

Vi tror att skiftande av vårt tänkande från patogen-riktade terapi till värd-riktad terapi finns i en ny avdelning av precisionsmedicin, vilket skulle kunna bidra till att avsluta läkemedelsresistanskrisen.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Zahidul Alam. Läs den ursprungliga artikeln.