– WHO przewiduje, że liczba zgonów spowodowanych antybiotykoopornością wzrośnie do 10 mln rocznie w 2050 r., jeśli nie będziemy podejmować odpowiednich działań. My takie działania podejmujemy – mówi Urszula Kowalik, z-ca dyrektora ds. rozwoju i współpracy IMDiK PAN. Według specjalistów antybiotykooporność jest powolną pandemią XXI w. Z danych UE z 2021 r. wynika, że bardzo duża część Europejczyków przyjmowała antybiotyki bez uzasadnienia, tj. w przypadku infekcji wirusowych lub chorób, takich jak zapalenie płuc czy zapalenie oskrzeli, które wymagają testu w celu potwierdzenia dokładnej przyczyny. Ponadto tylko połowa respondentów wie, że antybiotyki są nieskuteczne przeciwko wirusom. W lipcu 2022 r. Komisja Europejska i kraje UE uznały oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe za jedno z trzech najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia w UE.  Oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe wynika z nadmiernego lub niewłaściwego ich stosowania zarówno w ochronie zdrowia, jak i przy produkcji żywności. Dlatego, aby walka z tym problemem była skuteczna, musi ona obejmować zagrożenia związane z ochroną zdrowia ludzi i zwierząt oraz ochroną środowiska w sposób kompleksowy.

Dr hab. Izabela Sabała i dr Elżbieta Jagielska z Pracowni Inżynierii Białek Instytutu Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej PAN odkryły enzybiotyki – enzymy niszczące bakterie. Enzybiotyki, w przeciwieństwie do antybiotyków, wykazują wysoką specyficzność gatunkową, co w połączeniu z ich białkową strukturą, a więc szybką biodegradacją, sprawia, że są bezpieczne dla ludzi, zwierząt i środowiska. Nowe białka znajdują więc szerokie zastosowanie nie tylko w medycynie, ale i weterynarii, rolnictwie, ochronie żywności, a nawet konserwacji dzieł sztuki. Wszelkie trudno gojące się rany, takie jak stopa cukrzycowa czy odleżyny, mogą być poddane traktowaniu enzybiotykiem, by wyeliminować bakterie patogenne, a pozostawić mikrobiom skóry nienaruszony, co znacznie przyspiesza gojenie. Równowaga w składzie mikrobiomu skóry jest bardzo często zachwiana w takich schorzeniach, jak: atopowe zapalenie skóry, trądzik, łuszczyca, liszajec i inne. Nadreprezentacja gronkowca złocistego we florze bakteryjnej jest powszechnie obserwowana i podanie enzybiotyku w postaci kremu lub maści może przywrócić równowagę mikrobiologiczną, a tym samym – poprawić stan skóry pacjenta. Ze względu na rozwój współczesnych metod zaawansowanej analizy mikrobiomu pacjentów z problemami dermatologicznymi możliwe staje się skorelowanie zaburzenia z konkretnym nadmiarem lub niedoborem gatunków bakteryjnych. To pozwala na zastosowanie spersonalizowanej terapii opartej o aplikację odpowiedniego enzybiotyku, który przywróci naturalną równowagę i skład populacyjny mikroflory bakteryjnej. 

W Pracowni Inżynierii Białek IMDiK PAN wygenerowano także nowe enzybiotyki skierowane przeciwko patogenom stanowiącym problem w hodowli i produkcji łososia atlantyckiego. Zastosowanie nowych środków bakteriobójczych do ochrony mikrobiologicznej w akwakulturze służy ochronie ryb hodowlanych przed jersiniozą (chorobą wywoływaną przez bakterie z rodzaju Yersinia). Inny ważny problem zarówno weterynarii, jak i hodowców bydła mlecznego, w którym również pomocne są enzybiotyki, to mastitis – zapalenie wymienia. W ochronie żywności możemy natomiast wykorzystać enzybiotyki przeciwko Listeria monocytogenes – zarówno jako biokonserwant, jak i środek do odkażania powierzchni.

Niektóre nowe białka wykazują również działanie przeciwgrzybicze i oprócz leczenia infekcji grzybiczych u ludzi i zwierząt mogą być zastosowane w rolnictwie, a nawet ochronie dzieł sztuki. Każdego roku choroby grzybicze roślin przyczyniają się do nawet 25% strat w plonach i 10% strat ponoszonych dodatkowo po zbiorach. Straty z powodu biodeterioracji szacowane są natomiast na ok. 10% PKB. Szczególnym przypadkiem biodeterioracji są dzieła sztuki. Ze względu na ich wartość i wrażliwość materiałów, z których zostały wykonane, nie ma szerokiego wyboru skutecznych, a zarazem bezpiecznych sposobów ratowania cennych przedmiotów, takich jak obrazy, tkaniny czy freski. Obecnie walka z grzybami opiera się głównie na stosowaniu fungicydów, ale przez wzrost świadomości o skutkach ubocznych ich stosowania poszukiwane są bezpieczniejsze i bardziej skuteczne alternatywy. Komisja Europejska rekomenduje zredukowanie ilości stosowanych pestycydów chemicznych o 35-50% do roku 2030. Białka oferują nowy mechanizm działania i rzadziej wywołują rozwój oporności u bakterii. 

– Przez miliony lat ewolucji bakterie wypracowały wiele mechanizmów chroniących je przed niebezpieczeństwami, a takim bezpośrednim zagrożeniem są dla nich antybiotyki. Bardzo szybko „uczą się”, jak unikać działania antybiotyków, robią to bardzo różnymi i zazwyczaj skutecznymi sposobami, a że namnażają się też bardzo szybko, równie szybko rozpowszechniana jest w ich populacji taka informacja. I nie ma tu znaczenia, czy są to bakterie powodujące choroby u ludzi, czy zwierząt. Dlatego, żeby skutecznie walczyć z antybiotykoopornością, działania muszą dotyczyć wszystkich obszarów, w których mamy do czynienia z tym problemem i odbywać się na wielu poziomach. Chyba niewiele osób zdaje sobie sprawę z faktu, że większość, bo nawet 70% antybiotyków, jest wykorzystywanych w rolnictwie, a nie do leczenia ludzi. Dlatego oczywistym jest, że nie rozwiążemy problemu antybiotykoodporności w leczeniu ludzi, jeśli nadal będą one stosowane u zwierząt – wskazuje dr hab. Izabela Sabała.

Fot. Mikroskopia TEM (transmisja mikroskopia elektronowa)

Autorka zdjęć: dr n. med. Magdalena Gewartowska, Środowiskowe Laboratorium Badań Mikroskopowo-Elektronowych IMDiK PAN

Twórca wynalazku: dr n. biol. Magdalena Kaus-Drobek, Pracownia Inżynierii Białek IMDiK PAN

– Nazwa „enzybiotyk” powstała przez połączenie słów „enzym” i „antybiotyk” i bardzo dobrze określa zarówno naturę, jak i efekt działania tych substancji. Są to enzymy, które podobnie jak antybiotyki niszczą bakterie, ale zarówno mechanizmem działania, jak i niektórymi ważnymi cechami różnią się od antybiotyków. Dysponujemy już całą kolekcją enzybiotyków o różnej specyficzności i zróżnicowanych właściwościach. Potrafimy dostarczyć enzybiotyki „na zamówienie”, czyli dla konkretnego wykorzystania i oczywiście te zastosowania staramy się jak najlepiej przetestować. Zdarza się więc często, że zdejmujemy białe fartuchy laboratoryjne, zakładamy kalosze i jedziemy na pastwisko czy do obory, żeby sprawdzić działanie enzybiotyków w warunkach rzeczywistych, czyli w tym przykładzie na wymionach krów, bo jedno z potencjalnych zastosowań enzybiotyków to ochrona krów przed mastitis, ale możliwości wykorzystania enzybiotyków jest dużo więcej – mówi nam dr hab. Izabela Sabała.

Autorki:

Dr hab. Izabela Sabała, Pracownia Inżynierii Białek IMDiK PAN

Dr Elżbieta Jagielska, Pracownia Inżynierii Białek IMDiK PAN

Urszula Kowalik, z-ca dyr. ds. rozwoju i współpracy IMDiK PAN