Wkrótce praktycznie każdy szpital będzie w stanie w ciągu zaledwie kilku minut zidentyfikować gatunki bakterii odpowiedzialne za infekcję rozwijającą się u pacjenta - mają nadzieję badacze z Warszawy, którzy opracowali nową, łatwą do zaadaptowania i tanią procedurę analityczną.
Gdy do szpitala trafia pacjent z zaawansowaną infekcją bakteryjną, np. chory na sepsę, czas nabiera kluczowego znaczenia. Im szybciej uda się ustalić gatunek intruza pustoszącego organizm, tym większa szansa na skuteczną terapię. Tymczasem powszechnie stosowane metody analityczne wciąż wymagają namnażania bakterii (co nierzadko trwa nawet kilka dni) lub specjalistycznego sprzętu, dostępnego w nielicznych laboratoriach.
Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie przekonują, że identyfikację bakterii można przeprowadzić w niemal każdej przyszpitalnej pracowni analitycznej, a czas oczekiwania na wynik skrócić do minut. W procedurze badaczy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie główną rolę odgrywają nowatorskie biokoniugaty: świecące, magnetyczne mikrocząstki pokryte odpowiednio dobranymi bakteriofagami. Badania ukazały się na łamach czasopisma naukowego „Bioconjugate Chemistry”. (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.bioconjchem.6b00596).
Badacze z pełną świadomością zrezygnowali z patentowania swoich rozwiązań, aby każdy szpital mógł skorzystać z rozwiązania jak najszybciej i jak najtaniej. O rozwiązaniu poinformowali przedstawiciele IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie.
Przed przystąpieniem do prac nad nową techniką analityczną badacze z IChF PAN założyli, że powinna ona pozwalać na identyfikację bakterii znacząco szybciej od dotychczasowych metod i być łatwa do wprowadzenia do dużej liczby przyszpitalnych laboratoriów, bez uszczerbku dla dokładności pomiarów. Dodatkowym wymogiem było zapewnienie niskiego kosztu analiz. „Szybciej, lepiej, taniej – nam udało się zrealizować wszystkie te cele” - mówi dr Jan Paczesny z IChF PAN, który kierował projektem badawczym finansowanym z grantów Narodowego Centrum Nauki.
Urządzeniem detekcyjnym w nowej technice identyfikowania bakterii jest cytometr przepływowy. To dość prosta i względnie tania aparatura, znajdująca się na wyposażeniu wielu szpitali. Stosuje się ją powszechnie w badaniach krwi.
Podstawowym problemem było opracowanie takiego sposobu oznaczania bakterii, aby można je było łatwo wyłapywać z badanej próbki i z dużą pewnością identyfikować za pomocą cytometru. W tym celu naukowcy z IChF PAN postanowili skonstruować specjalne biokoniugaty, czyli kompleksy tworzone przez połączenie nieożywionej mikrocząstki z cząstką biologiczną. Elementem biologicznym był bakteriofag, czyli wirus infekujący określony gatunek bakterii (w eksperymentach w IChF PAN użyto bakteriofagów T4, atakujących bakterie Escherichia coli).
Bakteriofagi należało połączyć z mikrocząstkami zdolnymi do emisji światła łatwego do zarejestrowania w cytometrze oraz wykazującymi właściwości magnetyczne. Te ostatnie były niezbędne, ponieważ pozwalały za pomocą zwykłego magnesu odseparować biokoniugaty od pozostałych drobin w badanej próbce.
„Zaczęliśmy od poszukiwań niedrogich, komercyjnie dostępnych mikrocząstek spełniających nasze wymagania. Okazało się, że odpowiednie cząstki są już na rynku – i to dokładnie takie, na jakich nam zależało! Ich powierzchnia jest bowiem pokryta akurat takimi chemicznymi grupami funkcyjnymi, jakie były nam potrzebne do osadzania na nich bakteriofagów praktycznie dowolnego typu” - wyjaśnia doktorantka Marta Janczuk-Richter z grupy prof. Joanny Niedziółki-Jönsson.
Zakupione mikrokulki badacze połączyli z bakteriofagami. Obrazy otrzymane za pomocą mikroskopii konfokalnej potwierdziły, że w nowych biokoniugatach do jednej mikrocząstki zwykle przylegały dwa lub trzy bakteriofagi. W ten sposób otrzymano pierwsze na świecie biokoniugaty o potrójnej funkcji: przyłączające się wyłącznie do jednego gatunku bakterii, reagujące na pole magnetyczne i zdolne do świecenia (fluorescencji).
Procedura identyfikowania bakterii za pomocą tak skonstruowanych biokoniugatów jest prosta. Próbkę – może nią być płyn fizjologiczny pobrany od pacjenta, ale także produkt spożywczy, np. sok marchwiowy – rozcieńcza się, po czym do roztworu dodaje się niewielką ilość wcześniej przygotowanych biokoniugatów. Teraz należy odczekać krótką chwilę, żeby biokoniugaty zdążyły przyłączyć się do bakterii. Do probówki z płynem przykłada się następnie magnes, który przyciąga wszystkie biokoniugaty, w tym te z dołączonymi bakteriami. Po odlaniu pozostałej części próbki i ponownym rozcieńczeniu odseparowanego osadu, roztwór jest przepuszczany przez cytometr.
„Pomiar w cytometrze zwykle trwa około minuty. Wynik to wykres, na którym widzimy, jak oddziałują ze światłem wszystkie biokoniugaty. A ponieważ wiemy, jaki sygnał powinniśmy dostać od czystych biokoniugatów, a więc tych bez bakterii, możemy łatwo ustalić, czy w badanej próbce znajdują się poszukiwane przez nas bakterie, a jeśli tak, to w jakiej liczbie” - mówi doktorant Łukasz Richter.
Biokoniugaty z bakteriofagami jednego typu wykrywają wyłącznie jeden gatunek bakterii. Jednak z uwagi na łatwość przygotowania biokoniugatów, zainteresowane pracownie przyszpitalne mogłyby wcześniej, we własnym zakresie i bez większych problemów, wyprodukować kilkanaście lub kilkadziesiąt rodzajów potencjalnie przydatnych biokoniugatów, każdy z bakteriofagami infekującymi inny gatunek bakterii.
W przypadku sepsy, której większość przypadków wywołuje zaledwie kilkanaście gatunków bakterii, przeprowadzenie identyfikacji wymagałoby wówczas równoległego przeprowadzenia co najwyżej kilkunastu testów. Sprawnemu technikowi laboratoryjnemu cała procedura nie powinna zająć więcej niż godzinę.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
Komentarze
[ z 2]
Byłoby świetnie, gdyby urządzenie znalazło dla siebie praktyczne zastosowanie i to na szeroką skalę. Zwłaszcza, że przecież w wielu chorobach decydujące w procesie leczenia i dla jego skuteczności może być prawidłowe określenie rodzaju patogenu który chorobę spowodował i przyczynił się do kłopotów ze zdrowiem. Niestety nie zawsze, a wręcz bardzo sporadycznie w naszym kraju kieruje się pacjentów do pracowni laboratoryjnej celem wykonania posiewu przed zaordynowaniem odpowiedniego i aktywnego wobec bakterii leku. Stwarza to dalsze problemy, a wśród nich między innymi wpływa na rosnącą lekooporność bakterii, co wiąże się z dalszymi konsekwencjami i to dla całego społeczeństwa. Być może jeśli metoda szybkiego i taniego diagnozowania rodzaju bakterii zakażających tkanki i wywołujących objawy chorobowe u pacjenta była by bez trudności dostępna udało by się przynajmniej u części pacjentów uniknąć nieroztropnego przepisywania leków i związanych z tym konsekwencji zdrowotnych w tym między innymi rosnącej lekooporności bakterii. Zwłaszcza, że jak pokazują statystyki problem zaczyna osiągać coraz większą skalę i jeśli nic w tym temacie nie zaczniemy robić, to w przyszłości możemy zmierzyć się z naprawdę trudnym problemem jak sobie radzić z tymi bakteriami, wobec których nie działają wystarczająco skutecznie żadne ze znanych nam substancji bakteriobójczych. Mam nadzieję, że nauczymy się walki z problemem zanim stanie się on naprawdę poważny i odczujemy konsekwencje nieroztropnego zachowania.
Moim zdaniem takie rozwiązanie bardzo by się przydało we współczesnej medycynie. Według naukowców około jedna piąta zgonów na całym świecie jest wywołanych infekcjami bakteryjnymi. Szacuje się, że na skutek braku nowych terapii do 2050 roku śmiertelność z powodu chorób zakaźnych zwiększy się ponad dziesięciokrotnie. Cztery lata temu badacze ze Stanów Zjednoczonych stwierdzili zakażenie u pacjentki, w przypadku której kolistyna, czyli antybiotyk stosowany w najbardziej trudnych przypadkach, nie okazała się skuteczna. Był on dosyć rzadko stosowanych z uwagi na dużą liczbę działań niepożądanych. Ponadto ze względu, że nie sięgano po nią zbyt często bakterie nie miały możliwości wytworzenia przeciwko niej oporności. Niestety wraz z upływem czasu zaczęto ją wykorzystywać w rolnictwie przez co straciła ona swoje wyjątkowe zdolności. Zwierzętom hodowlanym podaje się ogromne ilości antybiotyków, a te w konsekwencji trafiają także do naszego organizmu. Zjadając pokarmy, do produkcji których zostały użyte antybiotyki dostarczamy jednocześnie bakterie, które się na nich znajdują i które wytworzyły tę właśnie opornośc. Jeśli taki mikrob przedostanie się do naszego organizmu to może on przekazać geny oporności na fizjologicznie występujące bakterie np. w przewodzie pokarmowym co może zaburzyć ich równowagę, negatywnie oddziaływując na nasze zdrowie. Należy wspomnieć o tym, że infekcje bakteriami bardzo często towarzyszą innym schorzeniom, najczęściej przewlekłym, co znacznie pogarsza rokowanie chorego. Dla przykładu pałeczka ropy błękitnej Pseudomonas aeruginosa przyczynia się do zaostrzeń w mukowiscydozie, które powodują znaczne uszkodzenia w płucach. Do jego zakażenia dochodzić może ze środowiska zewnętrznego lub w przypadku zakażenia krzyżowego od innej osoby z mukowiscydozą. Przyczynia się do pogorszonej wydolności oddechowej, a w najgorszym przypadku śmierci chorego. Jak się okazuje w przypadku terapii skierowanej przeciwko tej bakterii skuteczna jest terapia doustna w porównaniu do terapii dożylnej. Jest to o tyle istotne, że ta druga forma podawania leku wymaga pobytu w szpitalu, a także iniekcji, co w przypadku wielu dzieci jest czymś traumatycznym i niekoniecznie lubianym. Ponadto wiążę się z większą ilością działań niepożądanych wśród których wymienia się między innymi nefrotoksyczność i ototoksyczność, związanej z aminoglikozydem- tobramycyną. Dodatkowo doustna forma podawania leków jest tańsza. Z tych wszystkich względów polecane jest stosowanie formy doustnej, szczególnie w przypadku początkowych stadiów zakażenia. Dzięki temu pacjenci będą mogli być leczeni w warunkach ambulatoryjnych, co i dla nich oraz budżetów poszczególnych krajów będzie pozytywnym zjawiskiem. Antybiotyki są wciąż bardzo interesującą dla naukowców grupą związków, które znajdują szerokie zastosowanie w dzisiejszej medycynie, chociażby ze względu na wzrost ilości infekcji bakteriami opornymi na obecnie dostępne leki. Mikroby mają zdolność przekazywania informacji o oporności innym szczepom, dzięki temu, że znajduje się ona na kulistym organellum komórkowym zwanym plazmidem. Ponadto, co gorsze mogą być one przekazywane pomiędzy różnymi gatunkami bakterii. W ostatnim czasie amerykańskim i brazylijskim naukowcom udało się pozyskać toksyczne białko z jadu osy azjatyckiej, które ma działanie bakteriobójcze w stosunku do bakterii opornych na antybiotyki. Chodzi o peptyd mastoparan-L lub mast-L, który uszkadza błonę komórkową przyczyniając siędo śmierci komórki bakteryjnej. Ponadto dzięki odpowiednim modyfikacjom genetycznym udało się sprawić, że jest ono w pełni bezpieczne jeżeli chodzi o nasze organizmy. Bez nich te białko w niewielkich ilościach może wykazywać szkodliwe działanie, zwłaszcza na czerwone krwinki, a dodatkowo może wywołać reakcję alergiczną, w niektórych przypadkach przyczyniając się do rozwoju wstrząsu anafilaktycznego. Ponadto może spowodować nagłe obniżenie ciśnienia tętniczego i zatrzymania oddechu. W badaniach na myszach wykazano, że wspomniana substancja może okazać się skuteczna w walce z niektórymi szczepami bakterii Escherichia coli, a także Staphylococcus aureus. Jej skuteczność jest porównywalna do gentamycyny, a także imipenemu. W Rosji także przeprowadzono badania nad nowymi antybiotykami. Jak się okazuje ma być on skuteczny w przypadku infekcji bakteriami oraz grzybami, które wywołują groźne choroby u ludzi. Chodzi o emericellipsin A, który pozyskuje się z grzyba Emericellopsis alkalina. Substancja ta uniemożliwia tworzenie się biofilmów, co ułatwia zmniejszenie oporności bakterii na antybiotyki. Bardzo dużą jej zaletą jest także uniwersalność. Jak się okazuje może ona znaleźć także zastosowanie w przypadku walki z nowotworami. Może być ona wykorzystywana samodzielnie, a także w połączeniu z innymi substancjami, co podkreśla jej wszechstronność działania. W wielu ośrodkach przeprowadza się także badania nad tak zwaną terapią fagową. Wykorzystuje się w niej bakteriofagi. Ma być ona stosowana w przypadku ostrych oraz zaostrzeń przewlekłych infekcji bakteryjnych, w których typowe leki nie są skuteczne. Według danych w naszym kraju każdego roku może dochodzić nawet do 500 tysięcy infekcji bakteriami lekoopornymi, których leczenie może sięgać nawet 800 milionów złotych. Wiele uwagi w ostatnim czasie poświęca się profilaktyce różnych chorób w tym chorób zakaźnych. Wielu naukowców koncentruje się na probiotykach, które nie przenoszą oporności na antybiotyki, a dodatkowo wykazują działanie immunomodulujące, korzystnie wpływając na nasz układ odpornościowy. Aktualnie większość naukowców koncentruje się na walce z koronawirusem, który przyczynił się do rozwoju pandemii, mniej uwagi poświęcając superbakteriom. To przekłada się na to, że walka z nimi w niedalekiej przyszłości może być utrudniona. Należy wspomnieć, że w dzisiejszych czasach naturalne środowisko jest bogate w oporne szczepy bakterii. Może być to spowodowane tym, że przedostaje się do niego coraz większa ilość antybiotyków chociażby z hodowli zwierząt, a także pestycydów z upraw roślin czy też metali ciężkich. To może doprowadzić do zaburzeń równowagi wśród bakterii w całej biosferze. Jak się okazuje epidemia koronawirusa może przyczynić się do wzrostu oporności na antybiotyki. Takie są wnioski amerykańskich naukowców wynikające z przeprowadzonych przez nich badań. Zjawisko to może wynikać z nieprawidłowego stosowania antybiotyków w walce z infekcją. Oczywiście w wielu przypadkach niezbędne jest już stosowanie ogromnej ilości leków, ponieważ te podawane wcześniej nie przynosiły oczekiwanych rezultatów i stan pacjentów ulegał pogorszeniu. Jak się jednak okazuje nawet 90 procent pacjentów otrzymuje jeden lub dwa antybiotyki, które prawdopodobnie nie są niezbędne jeżeli chodzi o terapię. Czasem zdarza się bowiem, że są one włączane zanim uzyska się wynik, czy dany pacjent choruje na COVID-19. Lekarze w wielu przypadkach chcą uniknąć podwójnej infekcji aby zapobiec dodatkowej infekcji bakteryjnej. Takie działanie w dzisiejszych czasach jest jednak nieuzasadnione i według nowych wytycznych nie powinno się go przeprowadzać. Co więcej są one często stosowane nawet w przypadku nieskomplikowanego przebiegu infekcji koronawirusem. Eksperci są jednak zgodni, że nawet w bardzo ciężkich przypadkach antybiotyki nie powinny być stosowane jako środek zapobiegawczy. Miejmy nadzieję, że świadomość nas wszystkich odnośnie antybiotyków będzie dużo większa. Dzięki wspólnemu, odpowiedzialnemu działaniu będziemy w stanie wpłynąć na ten problem, który dotyczy ludzi na całym świecie. Ważne jest świadome wybieranie produktów z hodowli, które są pozbawione antybiotyków. Pacjenci muszą zdawać sobie również sprawę z tego, że antybiotyków nie można stosować w dowolnych sytuacjach. Ich dawkowanie musi być ściśle ustalone przez lekarza i do tych zaleceń należy się stosować.