Биолог Мириам Барлоу из Калифорнийского университета в Мерседе и математик Кристина Крона из Американского университета протестировали и нашли способ вернуть бактерии в предварительно устойчивое состояние. В исследовании, опубликованном в журнале с открытым доступом PLOS ONE, они показывают, как повернуть вспять эволюцию бактерий и проверить варианты лечения для семейства из 15 антибиотиков, используемых для борьбы с распространенными инфекциями, включая пенициллин.
Их работа может иметь серьезные последствия для врачей, пытающихся сдерживать заражение пациентов с помощью «цикла антибиотиков», при котором несколько различных антибиотиков используются поочередно.
«Врачи не применяют упорядоченный подход при смене антибиотиков», – сказал Барлоу. "Докторам будет полезна система ротации, которая доказана. Наша цель состояла в том, чтобы найти точный, упорядоченный график приема антибиотиков, на который врачи могли бы положиться и знать, что в конце концов резистентность будет обращена вспять, и антибиотик подействует."
Опасности устойчивости к антибиотикам
Когда бактерии становятся настолько мощными, что антибиотики перестают работать, это может стать вопросом жизни и смерти.
Недавно в медицинском центре Калифорнийского университета им. Рональда Рейгана два человека погибли и семь получили ранения, когда медицинский зонд, используемый в процедурах для пациентов, содержал устойчивые к лекарствам бактерии.
В U.S. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно более 2 миллионов человек заражаются инфекциями, устойчивыми к антибиотикам, и по меньшей мере 23 000 человек умирают в результате.
Устойчивость к антибиотикам является естественной частью эволюции бактерий и неизбежна, учитывая множество типов бактерий и восприимчивость человека-хозяина.
Чтобы компенсировать бактериальную эволюцию, врач, борющийся с инфекциями в отделении интенсивной терапии, может сократить, заменить или прекратить прием различных антибиотиков, чтобы они стали эффективными в краткосрочной перспективе.
Исследователи из Калифорнийского университета в Мерседе, Австралии и Калифорнийского университета в Беркли открыли путь к тому, чтобы раскрыть, как обратить вспять резистентность в среде лекарственных препаратов. Они сделали это, объединив лабораторные работы с математикой и компьютерными технологиями.
«Мы так много узнали о геноме человека, а также о секвенировании бактерий», – сказал Крона. «У ученых теперь есть много-много данных, но им нужно их понять. Математика помогает делать интерпретации, находить закономерности и давать представление о медицинских приложениях."
Сложная работа приносит важные результаты
После создания бактерий в лаборатории исследователи подвергли их воздействию 15 различных антибиотиков и измерили скорость их роста. Оттуда они вычислили вероятность мутаций, чтобы вернуть бактерии в безвредное состояние, используя метко названное программное обеспечение «Машина времени».
Управлять устойчивостью в любой лекарственной среде чрезвычайно сложно, потому что бактерии развиваются очень быстро, становясь очень устойчивыми после многих мутаций. Чтобы найти оптимальные стратегии цикла, исследователи протестировали до шести препаратов по очереди и нашли оптимальные планы по обращению вспять эволюции устойчивых к лекарствам бактерий.
"Это показывает, что цикл антибиотиков работает. В качестве медицинского приложения врачи могут использовать более стратегический подход », – сказал Крона. "Составление оптимальных планов циклирования антибиотиков представляет собой математическую задачу. Математикам нужно будет создать алгоритмы, которые могут предоставить оптимальные планы для большего количества антибиотиков и бактерий."
Исследователи надеются в следующий раз протестировать способы лечения в клинических условиях, работая с врачами над сменой антибиотиков, чтобы максимизировать их эффективность.
«Эта работа показывает, что еще есть надежда на антибиотики, если мы будем использовать их разумно», – сказал Барлоу. "Дополнительные исследования в этой области и большее финансирование исследований позволят изучить варианты более всесторонне."