Научная группа из Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв и клиники Кливленда разработала новый способ выявления антибиотиков второго ряда, которые могут быть эффективными в уничтожении микробов, уже устойчивых к антибиотикам первого ряда, что потенциально может помочь преодолеть устойчивость к антибиотикам. Это новое исследование обеспечивает подход, который врачи могут проконсультироваться при принятии решения о том, какие курсы лечения антибиотиками будут наиболее эффективными для пациентов. Метод основан на математической модели, созданной Джейкобом Скоттом, доктором медицины, доктором философии, главным исследователем и младшим сотрудником клиники Кливленда, клиническим доцентом медицинской школы и коллегами.
В недавнем исследовании Nature Communications исследователи протестировали применение модели в 60 различных сценариях с большой панелью доступных в настоящее время антибиотиков против E. coli, у которых развилась устойчивость к широко используемому антибиотику цефотаксиму. Используя многочисленные эволюционные эксперименты в сочетании с секвенированием всего генома, они обнаружили препараты с более высокой вероятностью эффективности после того, как первоначально возникла устойчивость к цефотаксиму. Как только исследователи распространят эти результаты на более широкую группу начальных терапий, врачи смогут с большей точностью определить, какие последующие антибиотики, вероятно, будут работать против резистентных супербактерий, преодолевая недостаток в существующих подходах.
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда вторгшиеся микробы, такие как бактерии и грибки, развивают способность перехитрить антибиотики, которые использовались для их уничтожения. Вместо уничтожения образовавшиеся супербактерии процветают, вызывая тошноту – и потенциально убивая – пациентов, которых в прошлом вылечили бы эффективным лекарством. Хотя эта проблема известна уже несколько десятилетий, проблема усугубляется из-за чрезмерного употребления антибиотиков в продуктах питания и при лечении пациентов. Каждый год в U.S., не менее двух миллионов человек инфицированы устойчивыми к антибиотикам бактериями, и в результате не менее 23000 человек умирают.
Решение кажется очевидным: создать новые лекарства, чтобы перехитрить микробы, или использовать другие антибиотики, чтобы проверить, работают ли они вместо них. Но вывод на рынок среднего лекарства стоит дорого: 2 доллара.7 миллиардов, согласно широко используемому прогнозу Центра исследования разработки лекарств Тафтса. И только несколько новых антибиотиков было разработано за последние 30 лет. Есть еще одна проблема: "Хотя новые антибиотики могут принести краткосрочное и среднесрочное облегчение, микробы со временем найдут способы их перехитрить," – говорит Скотт, который также является врачом-ученым в отделении трансляционной гематологии и онкологических исследований в Кливлендской клинике Исследовательского института Лернера. "Тогда мы вернемся к тому, с чего начали. Так работает эволюция. Как Красная Королева говорит Алисе в «Зазеркалье»: «Требуется все возможное, чтобы оставаться в одном и том же месте.’"
Ведущий экспериментатор исследования Роберт А. Бономо, доктор медицины, профессор медицины, фармакологии, молекулярной биологии и микробиологии в Case Western Reserve и начальник медицинской службы Медицинского центра Департамента по делам ветеранов им. Луи Стоукса в Кливленде, дает понять, что он и его соавторы не против разработка новых лекарств: "В конце концов, это то, что делалось в прошлом. Например, тетрациклин и эритромицин были разработаны несколько десятилетий назад, когда появилась устойчивость к пенициллину, и оба они оказались очень эффективными. И хотя микробы разовьют устойчивость к новым лекарствам, на это могут уйти годы. Но правильное использование существующих лекарств может принести гораздо более быстрое облегчение пациентам и помочь сдержать расходы на здравоохранение."
В новом исследовании авторы вводили панель различных антибиотиков до 60 Е. coli, которые были устойчивы к цефотаксиму. Затем они оценили, есть ли у E. coli убивались с большей или меньшей скоростью, чем E. coli, не имеющая устойчивости к цефотаксиму. Используя гораздо большее количество испытаний, чем обычно, исследователи преодолели проблему искаженных результатов, из-за которой клиницисты могли сделать вывод о том, что заменяющий антибиотик более или менее эффективен, чем он есть на самом деле при назначении пациентам. "Использование большого количества того, что мы называем «эволюционными репликами», явно объясняет присущую эволюции случайность," сказал Бономо. "Если вы проведете лишь несколько тестов, вы, вероятно, упустите сложность эволюционной реакции насекомого на второй антибиотик."
В случае тикарциллина, одного из антибиотиков, протестированных в исследовании, исследователи обнаружили, что только в семи из 60 повторов (11% случаев) резистентный E. coli умирают с большей скоростью по сравнению с парами E. кишечная палочка, не резистентная к цефотаксиму. "Это означает, что в 89% случаев это будет плохой второй препарат для лечения цефотаксим-резистентного E. кишечная палочка," сказал ведущий теоретик исследования Дэниел Никол, доктор философии, который провел это исследование во время своей докторантуры на факультете компьютерных наук Оксфордского университета. Авторы обнаружили аналогичные низкие показатели эффективности для других препаратов, протестированных в том же семействе препаратов. "Эти результаты служат предостерегающим предупреждением о том, что мы можем непреднамеренно способствовать развитию резистентности, выписывая лекарства для последующего приема на основании слишком небольшого числа испытаний их эффективности."
"Этот документ является первым шагом в создании хранилища результатов, с которыми врач может проконсультироваться, пытаясь определить, как поступать с пациентами, которые сталкиваются с устойчивым к CEF E. coli и, в конечном итоге, другие супербактерии," сказал Скотт. "Мы показали, что обычный подход, заключающийся в использовании нескольких испытаний, зачастую менее эффективен, чем ожидалось, он может фактически увеличить риск для пациентов, тратя драгоценное время и ресурсы на борьбу с серьезной инфекцией."