Antybiotyki są nieodzownym elementem współczesnej medycyny – ratują życie w przypadkach zakażeń, które jeszcze kilkadziesiąt lat temu były śmiertelne. Stosuje się je nie tylko w leczeniu zapalenia płuc, sepsy czy zakażeń pooperacyjnych, ale również w profilaktyce, np. podczas chemioterapii lub zabiegów przeszczepów. Jednak powszechność ich użycia niesie ze sobą poważne konsekwencje. Duża część antybiotyków podawanych doustnie lub dożylnie nie zostaje całkowicie przyswojona przez organizm – w formie aktywnej trafia do układu moczowego, a stamtąd do ścieków.
Czytaj też: Powrót zabójcy sprzed tysiącleci. Naukowcy biją na alarm: antybiotyki nie działają
Systemy oczyszczania ścieków nie są w stanie w pełni usunąć tych substancji, dlatego pozostałości leków przedostają się do środowiska naturalnego – rzek, jezior, a nawet gleby. W takich warunkach mikroorganizmy nieustannie stykają się z niewielkimi, ale stałymi dawkami antybiotyków. Dla mikroorganizmów oznacza to selektywną presję – przetrwają tylko te, które potrafią się obronić. W efekcie dochodzi do naturalnej selekcji szczepów, które nabyły oporność na działanie leków. Co gorsza, takie mechanizmy mogą być przenoszone na inne bakterie – nawet między różnymi gatunkami – poprzez tzw. horyzontalny transfer genów.
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uznała antybiotykooporność za jedno z największych zagrożeń dla zdrowia publicznego w XXI wieku. Już dziś szacuje się, że każdego roku na świecie umiera nawet 1,27 mln ludzi z powodu infekcji wywołanych przez szczepy lekooporne. Jeśli obecne trendy się utrzymają, do 2050 roku liczba ta może sięgnąć nawet 10 milionów rocznie – więcej niż obecnie ginie na raka. Aby temu przeciwdziałać, naukowcy z Uniwersytetu w Groningen opracowali nowe podejście – terapię, w której substancja czynna pozostaje uśpiona aż do momentu jej „uruchomienia” przy pomocy odpowiedniego światła. Ich celem było stworzenie leku, który zadziała jedynie tam, gdzie jest rzeczywiście potrzebny – i tylko wtedy, gdy lekarz wywoła jego aktywację. Szczegóły opisano w czasopiśmie ACS Central Science.
Nowe antybiotyki świecą przykładem – dosłownie
Zespół badaczy pod kierunkiem prof. Alberta Schulte i dr Jorrita Schoenmakersa połączył cząsteczkę penicyliny z pochodną kumaryny – związkiem chemicznym, który reaguje na światło. Tak powstała struktura (penicyliny-PPG) była całkowicie nieaktywna w normalnych warunkach. Dopiero ekspozycja na zielone światło powodowała rozpad wiązania i uwolnienie aktywnej penicyliny. Co istotne, ta długość fali jest bezpieczniejsza od wcześniej stosowanego światła UV czy niebieskiego, które może uszkadzać tkanki.
Czytaj też: Dlaczego antybiotyki nie zawsze działają? Przez lata żyliśmy w błędzie
W praktyce oznacza to możliwość dokładnego sterowania leczeniem – światło może być kierowane tylko na zakażoną okolicę, czy to zewnętrznie, czy też przez endoskop. Pozostała część organizmu, a także środowisko naturalne, nie jest narażona na niepotrzebny kontakt z lekiem.
Pierwsze eksperymenty przeprowadzono na płytkach z hodowlami bakterii E. coli i Staphylococcus epidermidis. Po jednej stronie płytki naświetlano próbkę przez godzinę zielonym światłem, drugą stronę pozostawiono w cieniu. Po inkubacji różnica była uderzająca: na oświetlonej części nie przetrwała żadna kolonia bakterii, natomiast zacieniona była pokryta intensywnym wzrostem drobnoustrojów.
Kolejny etap badań objął model biologiczny – larwy ćmy woskowej zakażone bakterią Staphylococcus aureus. U osobników leczonych penicyliną aktywowaną światłem przeżywalność wzrosła do 60 proc., w porównaniu do 30 proc. w grupie nieleczonej. To pierwszy dowód, że technika sprawdza się również w organizmie żywym, a nie tylko w warunkach laboratoryjnych.
Jedną z największych zalet nowej metody jest możliwość wyeliminowania przypadkowego działania substancji czynnej poza miejscem infekcji. Oznacza to mniejsze ryzyko uszkodzenia pożytecznych bakterii w organizmie oraz mniej działań niepożądanych. Jak podkreśla współautor badania prof. Wiktor Szymanski:
Sterowanie aktywnością leku za pomocą światła pozwala na precyzyjne i bezpieczne leczenie ogniskowych zakażeń. Co więcej, różne kolory światła otwierają drogę do przestrzennego zarządzania działaniem wielu leków jednocześnie.
Zespół badawczy zapowiada dalsze prace – zamierza wykorzystać różne długości fal i opracować rozwiązania, które pozwolą stosować terapię także u większych organizmów, w tym u ludzi. Ostatecznym celem jest stworzenie systemu leczenia, który łączy farmakologię z technologią optyczną – by jeszcze skuteczniej i bezpieczniej walczyć z infekcjami.
