HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont 
2023. febr. 10. | Hírek
Egy új laboratóriumi vizsgálómódszerrel a jelenleg elterjedten alkalmazott eljárásoknál élethűbben modellezhető a klinikai gyakorlat szempontjából releváns kórokozók új antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájának valószínűsége, ami előre vetíti a várható hatékonyságot, és már a gyógyszerfejlesztés korai stádiumában értékes segítséget nyújthat a legígéretesebb kutatási irányok megtalálásához. A budapesti, pécsi, és izraeli kutatók közreműködésével végzett tudományos munkát az Eötvös Loránd Kutatási Hálózathoz (ELKH) tartozó Szegedi Biológiai Kutatóközpont két nemzetközileg elismert kutatója, Kintses Bálint és Pál Csaba neve fémjelzi. Világviszonylatban nagy érdeklődésre számot tartó eredményeiket a rangos Nature Microbiology című folyóirat tette közzé.
A szegedi kutatók vezetésével kidolgozott eljárás újdonságértékét két fontos jellemzője adja: egyfelől az, hogy a szokásos laboratóriumi módszerekkel ellentétben nem egy modellbaktériumon, hanem a klinikai gyakorlatban előforduló kórokozókon teszteli a különféle antimikrobás szerekkel szembeni rezisztencia kialakulásának esélyét, másfelől pedig az, hogy relevánsan modellezi a való életbeli rezisztenciamegjelenés egyik kulcsfontosságú mechanizmusát, az úgynevezett horizontális géntranszfert. E két megközelítés kombinálása világviszonylatban is egyedülálló stratégiának számít, és az eddigi kutatási eredmények szerint hatékony eszközt adhat a gyógyszerfejlesztők kezébe ahhoz, hogy a jövőben piacra kerülő új antibiotikumokkal minél tovább hatékonyan vehessük fel a versenyt a ma többszörösen gyógyszerrezisztens kórokozókkal.
Világszintű népegészségügyi probléma
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, lévén a klinikai gyakorlatban ma egyre többször ütik fel a fejüket olyan baktériumok, amelyekkel szemben már egyetlen rendelkezésre álló antibiotikum sem hatékony. 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.
A problémakör jelentősége okán ma már sok országban kormányzati szinten is támogatják az antibiotikumkutatást és -fejlesztést, amelynek óriási költségei éles ellentétben állnak a gyakorlatban kiszámíthatatlan hatékonysági időtávval, ami – szintén pesszimista becslések szerint – előfordulhat, hogy alig néhány évben prognosztizálható. 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 (pl. 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 kulcsfontosságú lenne tehát, 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 jelenleg használt módszerek szinte kizárólag a de novo mutációk útján kialakuló ellenálló képességre fókuszálnak, figyelmen kívül hagyva a horizontális géntranszfer hatását.
Nem triviális, de nem is lehetetlen
A szegedi módszerfejlesztés erre a megoldandó problémára igyekszik választ adni azzal, hogy 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 ún. DNS-könyvtárat állítottak össze, amit egy genommérnöki eljárással átalakított bakteriofág segítségével bejuttattak többféle, klinikailag releváns kórokozóba (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Salmonella enterica és Shigella sonnei fajokba). 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: 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 szemszögéből, mert bár a rezisztenciagének nagy száma eddig is ismert volt, arra nem volt bizonyíték, hogy arányában 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.
Akkor hát vesztésre állunk a baktériumokkal szembeni fegyverkezési versenyben?
A fentiekből következően 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?
– Látni kell, hogy 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. Ha viszont – például az általunk kidolgozott eljárás révén – már a fejlesztés korai szakaszától tudatosan úgy irányítanák a gyógyszerfejlesztést, 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 – bizakodnak a kutatók. – Az ideális az lenne, ha az e témával foglalkozó kutatócsoportok tevékenysége paradigmaváltást hozna az antibiotikum-fejlesztésben. A rezisztenciaevolúciót figyelembe vevő módszerek fejlesztésének fontosságát évek óta hangsúlyozzák a szakértők. Meggyőződésünk, hogy az általunk kidolgozott funkcionális metagenomikai eljárás beépítéséből egyértelműen profitálna a szakma.
A DEEPMINE (Reprogrammed Bacteriophage Particle Assisted Multi-species Functional Metagenomics) névre keresztelt eljárás és a kutatás részletes bemutatása szabadon elérhető a Nature Microbiology honlapján.
Dr. Bokor Dóra