Innowacyjne badanie ma dostarczać wynik 10-krotnie szybciej w porównaniu do klasycznego antybiogramu, czyli dotychczasowej metody, którą stosuje się w celu sprawdzenia, jakie bakterie zaatakowały chorego i na jaki antybiotyk są wrażliwe.

Metodę opracowują doktoranci z Zakładu Genetyki Bakterii na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego: Mikołaj Dziurzyński, Przemysław Decewicz i Adrian Górecki.

Polscy naukowcy opracowali specjalny system do detekcji genów, które uodparniają bakterie na antybiotyki. Wynalazek umożliwia również sprawdzanie produktów spożywczych pod kątem obecności bakterii opornych na leki oraz monitorowanie rozprzestrzeniania się genów oporności w różnych środowiskach.

System pozwalający szybko zidentyfikować geny oporności na dane klasy antybiotyków, nie tylko może wspierać lekarza w podejmowaniu decyzji o wyborze leku, ale docelowo ratować ludziom życie. Obecnie podaje się chorym lek z danej kategorii i obserwuje efekty. Jeśli nie działa, podaje się kolejny. W przypadku niektórych pacjentów nie można sobie pozwolić na długie oczekiwanie.

Czytaj też: Nowy sposób na szpitalną bakterię - inteligentne antybiotyki

By lepiej dobrać antybiotyk i nie eksperymentować, wykonuje się antybiogram, nie jest to jednak precyzyjne badanie, a na wynik trzeba czekać nawet kilka dni. Metoda polskich naukowców dostarcza wynik nawet w ciągu dwóch godzin.

Jak to działa?

Rewolucyjny pomysł wykorzystuje reakcję łańcuchową polimerazy, czyli PCR (Polymeraze Chain Reaction) – metodę prostą i powszechnie stosowaną w biologii molekularnej. W szybki sposób umożliwia ona sprawdzenie, czy w bakterii występuje konkretna sekwencja DNA. Wykrywanie poszczególnych genów, w tym tych, które determinują oporność na poszczególne antybiotyki, wymaga zaprojektowania odpowiedniego zestawu odczynników, tzw. starterów do PCR.

– Stworzyliśmy oprogramowanie, dzięki któremu można błyskawicznie dobrać te odczynniki w taki sposób, by uzyskiwane informacje były wiarygodne. Eliminujemy wyniki fałszywie negatywne lub fałszywie pozytywne. Dzięki temu zyskujemy pewność, że trafiamy we właściwy gen – mówi mgr Mikołaj Dziurzyński.

Wynalazek dostarcza wynik 10-krotnie szybciej w porównaniu do klasycznego antybiogramu. – Analiza PCR trwa ok. 2 godzin i może być wykonana na miejscu, w większości szpitali. Przy tym test genetyczny nie ogranicza się, tak jak klasyczny antybiogram, do hodowlanych szczepów bakterii, które stanowią szacunkowo zaledwie 1 proc. wszystkich bakterii obecnych w próbce – mówi mgr Przemysław Decewicz.

– Dzięki naszemu systemowi można precyzyjnie określić profil bakterii i zastosować już za pierwszym razem optymalną antybiotykoterapię. Miałoby to kluczowe zastosowanie w przypadku ciężko chorych osób, u których nie można stosować kolejnych leków, nie mając pewności, który z nich zadziała – mówi Mikołaj Dziurzyński.

Obecnie na rynku nie ma alternatywnych do tego wynalazku rozwiązań, które dałyby lekarzom informację w tak krótkim czasie, bez zaangażowania naukowców czy specjalistycznych zewnętrznych firm. Istnieją firmy, które oferują kompleksowe usługi detekcji genów, ale bazują na metodach znacząco droższych. Przy tym do analizowania prezentowanych wyników wymagany jest wykwalifikowany personel.

– Wynik uzyskiwany w naszym systemie będzie bardzo prosty do analizy i interpretacji, tak by z informacji zwrotnej mógł samodzielnie skorzystać lekarz. Szpital nie musi kupować dodatkowego sprzętu, wystarczy nasze oprogramowanie. Jedyne potrzebne umiejętności to obsługa znanej i powszechnie stosowanej metody – PCR – mówi mgr Adrian Górecki.

Prezentowany w systemie wynik analizy da się przedstawić w prosty do interpretacji sposób. Na jego podstawie od razu wiadomo, jakie antybiotyki można w danym przypadku zastosować, a jakie nie zadziałają. Lekarze zwykle dobierają antybiotyk spośród kilkunastu leków. System można skonfigurować tak, by wynik od razu prezentował listę leków oznaczonych kolorami: te oznaczone na czerwono nie będą skuteczne, zielone – powinny prawidłowo zadziałać. Wybór będzie oczywiście uzależniony ostatecznie od innych parametrów pacjenta i rozpoznania jednostki chorobowej.

– Obecnie prowadzone prace przedwdrożeniowe mają pozwolić na ustalenie, czy odczynniki wskazywane przez oprogramowanie są wystarczająco specyficzne. Wcześniej przeprowadzono już badania in silico (analizy komputerowe) na próbkach środowiskowych, z oczyszczalni ścieków, a także na próbkach z całego świata, których sekwencje DNA zdeponowane są w dostępnych w internecie bazach danych. Teraz prowadzone będą badania na próbkach od pacjentów pozyskanych w ramach rozwijającej się współpracy UW z Warszawskim Uniwersytetem Medycznym – mówi Robert Dwiliński, dyrektor Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii UW, który wspiera rozwój i komercjalizację tego projektu.

Jesteśmy w erze postantybiotykowej

Antybiotyki nadal ratują ludzkie życie, jednak wraz z nadmiernym, nieracjonalnym ich stosowaniem, coraz więcej bakterii nabywa geny odporności na dostępne leki. Wzrost oporności powiązany jest ze zbyt częstą antybiotykoterapią, ale również z wykorzystaniem antybiotyków w hodowli roślin i zwierząt. Część mikroorganizmów w naturalny sposób jest odporna na działanie konkretnego antybiotyku. Jednak pozostałe nabywają geny oporności od innych gatunków bakterii lub w efekcie mutacji.

Kiedy w latach 60-tych ubiegłego wieku antybiotyki masowo wchodziły na rynek, eliminowały praktycznie 100 proc. zakażeń. Presja selekcyjna sprawiła, że bakterie zaczęły tworzyć systemy pozwalające omijać zabójcze działanie antybiotyków. W efekcie obecnie jesteśmy w erze postantybiotykowej lub, jak mówią inni, wracamy do ery preantybiotykowej.

Zatrzymać oporność na antybiotyki

Niektóre szczepy bakteryjne mogą być odporne na wszystkie klasy antybiotyków. Takich wielolekoopornych bakterii nie można zwalczyć przy użyciu powszechnie stosowanych antybiotyków, co sprawia, że coraz więcej ludzi umiera na zakażenia bakteryjne.

Prognozy są przygnębiające. Jeśli nie rozwiążemy tego problemu, w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat, liczba zgonów spowodowana zakażeniami bakteryjnymi może być liczona w milionach rocznie. Według opublikowanego w 2014 r. raportu przygotowanego przez ekspertów z Review on Antimicrobial Resistance, komisji utworzonej przez brytyjski rząd, do 2050 r. w efekcie wzrostu oporności na antybiotyki na świecie może umierać każdego roku nawet 10 mln ludzi.

Jeśli te prognozy się sprawdzą, śmiertelność spowodowana zakażeniami bakteryjnymi będzie wyższa od liczby zgonów spowodowanych nowotworami, cukrzycą i innymi chorobami. Aby oddać skalę problemu wystarczy przytoczyć fakt, że w ciągu roku w wypadkach drogowych ginie 1,2 mln ludzi.

Poza medycyną, wynalazek opracowany na Wydziale Biologii UW pozwoli także na badanie rozprzestrzenienia antybiotykoodporności. Jego zastosowanie dałoby precyzyjny obraz sytuacji – to pierwszy krok na drodze do ograniczenia tempa wzrostu antybiotykooporności.

Zjawisko to nie jest związane wyłącznie z antybiotykoterapią. W przypadku bakterii występuje zjawisko horyzontalnego transferu genów. Jeśli jeden gatunek bakterii nabywa oporność, może przekazać ją inny bakteriom. To prosty proces, który zachodzi bardzo szybko, zwłaszcza w oczyszczalniach ścieków.

– Jeśli ten proces nie będzie monitorowany, powrót do ery pre-antybiotykowej nastąpi jeszcze szybciej. Z oczyszczalni ścieków bakterie z genami oporności wracają bowiem do człowieka. Monitorowanie pozwoli znaleźć źródła kumulowania się szczepów opornych. Nasz system nie zminimalizuje negatywnych zjawisk, ale pozwoli je lepiej monitorować i analizować. To pierwszy etap, który umożliwi wdrożenie działań zapobiegawczych – mówi Przemysław Decewicz.

Szczególnie istotną rolę odgrywa w tym kontekście branża spożywcza. Najwięcej bakterii ludzie przyjmują wraz z pożywieniem. Dlatego produkty spożywcze powinny być powszechnie badane pod kątem obecności bakterii opornych na antybiotyki. Spożywanie produktów zawierających takie bakterie może skutkować horyzontalnym transferem genów do innych bakterii w organizmie człowieka.

– W przypadku branży spożywczej wyniki nie muszą być natychmiastowe. Być może, że ostatecznie komercjalizacja w tym przypadku będzie oznaczać stworzenie usługi świadczonej przez przyszłą spółkę spin-off założoną przy Uniwersytecie Warszawskim – mówi Adrian Górecki.