Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpontban (SZBK) működő Biotechnológiai Nemzeti Laboratórium két nemzetközileg elismert kutatója, Kintses Bálint és Pál Csaba vezetésével új funkcionális metagenomikai vizsgálati módszert dolgoztak ki. A DEEPMINE-nak (Reprogrammed Bacteriophage Particle Assisted Multi-species Functional Metagenomics) elnevezett eljárással a klinikai gyakorlat szempontjából releváns kórokozók új antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájának valószínűsége a jelenleg széles körben alkalmazott módszereknél élethűbben modellezhető. A DEEPMINE segítségével előrevetíthető a gyógyszerjelölt antibiotikumok várható hatékonysága, így már a fejlesztés korai stádiumában értékes segítséget nyújthat a legígéretesebb kutatási irányok megtalálásához. A budapesti, pécsi és izraeli kutatók közreműködésével végzett tudományos munka részleteit és a világviszonylatban is nagy érdeklődésre számot tartó eredményeket bemutató tanulmányt a rangos Nature Microbiology című folyóiratban publikálták.
A szegedi kutatók vezetésével kidolgozott eljárás újdonságértékét két fontos jellemzője adja. Egyfelől a szokásos laboratóriumi módszerekkel ellentétben nem egy modellbaktériumon, hanem a klinikai gyakorlatban előforduló kórokozókon teszteli a különféle antimikrobás szerekkel szembeni rezisztencia kialakulásának esélyét, másfelől relevánsan modellezi a valóélet-beli rezisztenciamegjelenés egyik kulcsfontosságú mechanizmusát, az úgynevezett horizontális géntranszfert. E két megközelítés összekapcsolása világviszonylatban is egyedülálló stratégiának számít. Az eddigi kutatási eredmények szerint ez hatékony eszközt jelenthet a gyógyszerfejlesztők számára annak érdekében, hogy a jövőben piacra kerülő új antibiotikumokkal minél tovább vehessük fel hatékonyan a versenyt a ma többszörösen gyógyszerrezisztens kórokozókkal.
Világszintű népegészségügyi probléma
A klinikai gyakorlatban ma egyre többször jelennek meg olyan baktériumok, amelyekkel szemben már egyetlen rendelkezésre álló antibiotikum sem hatékony. A baktériumok antibiotikumokkal szembeni ellenálló képessége évente mintegy 700 000 halálesetért felelős világszerte. A probléma népegészségügyi jelentőségét érzékelteti, hogy az Egészségügyi Világszervezet (WHO) is kiemelt területként foglalkozik a többszörösen gyógyszerrezisztens kórokozók elleni küzdelem előmozdításával. Pesszimista becslések szerint 2050-re az antibiotikum-rezisztencia a vezető halálokok közé léphet elő, ha nem kerülnek be mielőbb hatékony, új antibakteriális szerek a terápiába.
Ma már sok országban kormányzati szinten is támogatják az antibiotikum-kutatást és -fejlesztést, amelynek óriási költségei éles ellentétben állnak a gyakorlatban kiszámíthatatlan, a becslések szerint esetenként alig néhány éves hatékonysági időtávval. Égető szükség lenne tehát olyan eljárásokra, amelyekkel már a gyógyszerfejlesztés szakaszában előre lehet jelezni a potenciális rezisztenciakockázatot. Ennek ismeretében úgy lehetne alakítani az új fejlesztéseket, hogy a klinikai hatékonyság várható időtartama a lehető leghosszabb legyen. Ehhez viszont a gyógyszerjelölt aktuális hatékonyságán és biztonságosságán kívül számos egyéb tényezőt is figyelembe kell venni. Mivel az adott baktérium és a rá ható gyógyszer nem egy izolált közegben találkozik, sok egyéb kölcsönhatás is befolyásolja az ellenálló képesség létrejöttét. A való életben ilyen fontos hatás a környezetben jelen lévő rezisztenciagéneknek való kitettség, ami a klinikai gyakorlatban döntő szerepet játszik abban, hogy a baktériumok rezisztenssé válnak a különféle antibiotikumok hatásaival szemben. Az úgynevezett horizontális géntranszfer mechanizmusával ugyanis ezek a gének a környezetből, például a talajban és a kórházi közegben jelen lévő más baktériumokból bekerülhetnek a patogén mikroorganizmusokba, és az örökítőanyagba beépülve új tulajdonsággal ruházzák fel a kórokozót. A betegellátás szempontjából tehát kulcsfontosságú lenne, hogy ezt a mechanizmust is modellezzék a gyógyszerfejlesztők, jelenleg azonban – vélhetően a potenciális rezisztenciagének óriási száma és az idegen genetikai anyag beépítésének nehézségei miatt – ez a megközelítés nem része a rutinszerűen végzett tájékozódó vizsgálatoknak. A gyógyszeriparban ma használt módszerek szinte kizárólag az újonnan előforduló (de novo) mutációk útján kialakuló ellenálló képességre fókuszálnak, figyelmen kívül hagyva a horizontális géntranszfer hatását.
Nem triviális, de nem is lehetetlen
A kutatók most erre a problémára igyekeztek megoldást nyújtani. A szegedi módszerfejlesztés a fenti folyamatot új megközelítésben modellezi úgy, hogy az általánosan leegyszerűsített kísérleti körülményekkel ellentétben jobban hasonlítson a valós klinikai környezetre, amelyben a kórokozók az antibiotikumokhoz alkalmazkodnak – foglalja össze a kutatás lényegét Kintses Bálint, aki kollégáival hosszú évek óta dolgozik az antibiotikum-rezisztencia leküzdésének előmozdításán. A kutatók a környezeti mintákból – köztük szennyvízmintákból és széles körből gyűjtött talajmintákból – izolált mikrobákban előforduló rezisztenciagénekből egy úgynevezett DNS-könyvtárat állítottak össze, amelyet egy genommérnöki eljárással átalakított bakteriofág segítségével többféle, klinikailag releváns kórokozóba – Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Salmonella enterica és Shigella sonnei fajokba – bejuttattak. Ezt követően megvizsgálták, mely rezisztenciagének kifejeződése teszi ellenállóvá az adott baktériumfajt a klinikai gyakorlatban alkalmazott, illetve a jelenleg még fejlesztés alatt álló antibakteriális szerekkel szemben. A tényleges rezisztencia megjelenését döntően befolyásolják az egyes baktériumok genetikai jellemzői, mivel nem minden rezisztenciagén kompatibilis bármilyen genetikai környezettel. A kísérletben tehát a rezisztenciagéneket hordozó kórokozók csak akkor váltak valóban rezisztenssé egy-egy gyógyszerrel vagy gyógyszerjelölttel szemben, ha egy adott rezisztenciagén funkcionálissá válhat az adott baktériumban.
Nagyobb a kockázat, mint gondolnánk
A kutatási eredmények azt jelzik, hogy a klinikai betegellátást komoly terápiás kihívások elé állító baktériumok rezisztenciapotenciálja jóval nagyobb, mint gondolnánk. Ugyanis a környezetben előforduló rezisztenciagének mintegy 60-70 százaléka mindegyik vizsgált kórokozóban képes kifejeződni, és ezzel a még fejlesztés alatt álló – tehát a jövő reménységét jelentő – szerekkel szemben is ellenállóvá teszi a vizsgált patogéneket. Emellett vannak olyan fajspecifikus rezisztenciagének is, amelyek csak egyik vagy másik baktériumfajban tudnak tényleges ellenálló képességet kialakítani. E megállapítás kiemelt jelentőségű a gyógyszerkutatás szempontjából, mert bár a rezisztenciagének nagy száma eddig is ismert volt, arra nem volt bizonyíték, hogy ezek többsége funkcionálisan is kompatibilis a klinikumban releváns, többszörösen gyógyszerrezisztens kórokozók genetikai hátterével. Ha pedig ezek a gének nem fajspecifikusak, akkor a fajok között könnyedén átadhatók, tehát nagyon könnyen mobilizálódnak, és így már rövid távon hatástalaníthatják a jövőbeli új antibiotikumokat.
Hogyan állunk a baktériumokkal szembeni fegyverkezési versenyben?
A fentiek alapján joggal merülhet fel a kérdés: van-e egyáltalán remény arra, hogy valaha is leküzdjük a kórokozók antibiotikum-rezisztenciáját, vagy elkerülhetetlenül eljön az az idő, amikor éppúgy belehalhatunk majd egy banális fertőzésbe, mint a penicillin felfedezése előtt?
Minél szélesebb azon gyógyszerek köre, amelyekkel szemben egy adott kórokozó már rezisztenssé vált, annál nagyobb a valószínűsége annak, hogy egy hasonló hatásmechanizmusú új gyógyszerrel szemben is gyorsan ellenállóvá tud válni. A kutatók szerint azonban ha – például az általuk kidolgozott új eljárás révén – már a gyógyszerfejlesztés korai szakaszától tudatosan úgy irányítanák a folyamatot, hogy a potenciális gyógyszerjelöltek hatásmechanizmusa megkerülje a legnagyobb kockázatot jelentő rezisztenciamechanizmusokat, ez minden bizonnyal növelné a sikeres fejlesztések arányát, és hosszú távon reményt adna a legrettegettebb klinikai fertőzések hatékony leküzdésére. A rezisztenciaevolúciót figyelembe vevő módszerek fejlesztésének fontosságát évek óta hangsúlyozzák a szakértők. Az lenne az ideális, ha az e témával foglalkozó kutatócsoportok tevékenysége paradigmaváltást hozna az antibiotikum-fejlesztésben. Az SZBK kutatóinak vezetésével kidolgozott új funkcionális metagenomikai eljárás beépítéséből egyértelműen profitálna a szakma.