Ako liečiť bakteriálne infekcie v tehotenstve a nepoužívať pri tom antibiotiká?
Je možné pomôcť ženám s opakujúcimi sa infekciami urogenitálneho traktu, keď už antibiotiká prestávajú pôsobiť? To je otázka, ktorá stála na začiatku niekoľkoročného projektu, a na jej skúmaní participovali aj výskumníci z Katedry molekulárnej biológie Prírodovedeckej fakulty UK pod vedením profesorky Hany Drahovskej. V rámci spoločného projektu s vedcami z Ústavu molekulárnej biológie SAV hľadali alternatívne spôsoby, ako liečiť infekcie spôsobené baktériou Streptococcus agalactiae (GBS). Ako sa im to podarilo, nám prof. Drahovská prezradila v rozhovore.
Aké infekcie streptokoky najčastejšie spôsobujú?
Streptokoky predstavujú veľmi rôznorodú skupinu baktérií. Niektoré sú bežnou súčasťou ľudskej bakteriálnej mikroflóry, ale patria sem aj patogénne druhy, ktoré spôsobujú široké spektrum rôzne závažných ochorení, napr. zápal pľúc, bakteriálnu meningitídu (zápal mozgových blán) u dospelých aj detí, kožné infekcie až po šarlach či reumatickú horúčku. V našej pracovnej skupine na katedre molekulárnej biológie sme sa v spolupráci s kolegami z ústavu molekulárnej biológie zamerali na nové prístupy v liečbe infekcií spôsobených patogénnou baktériou Streptococcus agalactiae.
Aké ochorenia baktéria GBS spôsobuje?
Streptococcus agalactiae je oportunistický patogén, to znamená, že postihuje skôr oslabených jedincov a pri premnožení vyvoláva závažné ochorenia predovšetkým u starších osôb a osôb s prebiehajúcim iným ochorením alebo u pacientov s poruchami imunitného systému. Najrizikovejšími z hľadiska infekcie sú tehotné ženy a novorodenci. U žien tento patogén spôsobuje najmä vaginálne infekcie, u novorodencov, ktorí sa infikujú počas pôrodu od matky, ide o závažné až život ohrozujúce infekcie. Preto sa ženy v 36. až 38. týždni tehotenstva testujú, a v prípade, že sú nositeľkami GBS, počas pôrodu dostávajú antibiotiká, aby sa znížilo množstvo týchto baktérií v urogenitálnom trakte a znížila sa pravdepodobnosť, že sa novorodenec nakazí.
Ako sa tieto ochorenia liečia?
Klasická liečba spočíva v podávaní antibiotík, pričom pri liečbe tehotných žien sa dôraz kladie na prevenciu. Tehotné ženy pozitívne na prítomnosť GBS sa liečia podávaním antibiotík ešte pred pôrodom, prípadne aj počas pôrodu. Najčastejšie sa aplikuje penicilín, v prípade prítomnosti GBS rezistentných na penicilín alebo pri alergii sa pacientom podávajú ďalšie z radov antibiotík. Podávanie antibiotík tehotným ženám však môže byť spojené aj s negatívnymi účinkami na novorodenca. Veľkým problémom je aj rastúci počet bakteriálnych kmeňov, ktoré sú rezistentné proti viacerým antibiotikám. Aj preto sa hľadajú nové alternatívne spôsoby liečby. Jedno z potenciálnych riešení je práve využitie bakteriofágov, ktoré skúmame v našom laboratóriu, alebo ich proteínových produktov (endolyzínov).
Čím sa bakteriofágy vyznačujú?
Bakteriofágy, nazývané aj fágy, sú vírusy, ktoré infikujú baktérie. Ide o nebunkové organizmy, ktoré nie sú schopné rásť a deliť sa bez iného živého organizmu. Žijú a rozmnožujú sa len v žijúcich bunkách baktérií. V minulosti sa používali v boji s bakteriálnymi infekciami, ale po nástupe antibiotík lekárov prestali zaujímať, pretože antibiotiká sa zdali byť oveľa účinnejšie. Dnes sa k tejto terapii opäť vraciame a mohla by byť prínosom v boji proti antimikrobiálnej rezistencii, pretože fágy by nemali mať negatívne vedľajšie účinky na pacienta, akým je napríklad eliminácia zdraviu prospešných črevných mikroorganizmov.
Na čo ste sa vo výskume zamerali?
Chceli sme nájsť bakteriofág, ktorý by fungoval proti infekcii GBS. Vytvorili sme veľkú zbierku kmeňov streptokokov z rôznych infekcií, skúmali sme, ako ich bunky vyzerajú a analyzovali sme ich genómy. Počas výskumu sme natrafili na také fágy, ktoré sú schopné sa včleniť do genómu a tam istým spôsobom prežívajú. Keď majú vhodné podmienky, baktériu zabijú a šíria sa do prostredia. Vytipovali sme si proteín, ktorý fágy používajú, aby sa po skončení infekčného procesu dostali von z bunky. Práve v tejto fáze nastúpili naši kolegovia z Ústavu molekulárnej biológie SAV, ktorí sa venujú štúdiu jednotlivých fágových proteínov. Zamerali sa na endolyzín EN534-C a umelo ho pripravili v laboratórnej baktérii Escherichia coli (E. coli). Následne testovali, či tento proteín je schopný zabíjať Streptococcus agalactiae, a to sa im podarilo dokázať.
S akými výzvami ste sa počas výskumu stretli?
Ciele, ktoré sme si stanovili na začiatku projektu z Agentúry na podporu výskumu a vývoja, sa nám v princípe podarilo naplniť. Začínali sme s tým, že budeme hľadať fága, ktorý bude infikovať Streptococcus agalactiae, to sa nám však nepodarilo. Všetky fágy mali nesprávne vlastnosti. Išlo o takzvané temperované alebo mierne fágy, ktoré sú síce schopné zabudovať sa do genómu a tam nebadane prežívať počas života bakteriálnej bunky, ale ju priamo efektívne nezabíjajú, a preto nie sú vhodné na terapiu. Preto sme museli prejsť na alternatívny spôsob, ako vyriešiť ten problém, a to sa nám podarilo pomocou endolyzínu. Tak to funguje vo vede, vždy nájdete nejaké chodníčky, ako sa dopracovať k výsledku.
V čom je váš objav výnimočný?
Hoci išlo o štandardný postup prípravy alternatívnych terapeutík, unikátnosť spočíva v objave endolyzínu so žiadúcimi vlastnosťami, ktorý je schopný zabíjať Streptococcus agalactiae a zároveň nepôsobí na dobré baktérie, ako sú napríklad kmene laktobacilov. Endolyzín tiež zabraňuje ďalšiemu rastu baktérií v mieste jeho aplikácie. Možno ho aplikovať najmä v prípade pacientov, kde sa použitie antibiotík neodporúča, ako sú tehotné ženy a novorodenci. Teraz sa hľadá investor, ktorý by bol schopný celý proces dotiahnuť ďalej a aplikovať ho do praxe, pravdepodobne vo forme prípravku na vonkajšie použitie.
Aké majú endolyzíny výhody a nevýhody?
Vo svete a v Európskej únii sa výskumu v oblasti endolyzínov venuje oveľa väčšia pozornosť, na Slovensku ide o prvý takýto produkt, ktorý bol pripravený v našom laboratóriu. Jednou z výhod endolyzínov oproti použitiu bakteriofágov je, že sa dajú patentovať, a preto zaručujú vyššiu návratnosť investícií potenciálnym investorom. Bakteriofágy používané pri liečbe infekcií sú izolované z prírodných zdrojov a patentovať sa nedajú. Oproti tomu výhodou fágov je, že sú živé a replikujú sa v mieste infekcie v tele pacienta, a preto pre liečbu teoreticky stačí len jedna dávka. Endolyzíny sa musia podávať opakovane.
Aké sú ďalšie potenciálne využitia vášho objavu?
Podobné prístupy sa môžu využiť v potravinárskom priemysle. Dlhodobo spolupracujeme aj s Výskumným ústavom potravinárskym a vyrábame fágy a endolyzíny, ktoré by sa dali tiež použiť na ošetrenie potravín alebo čistenie povrchov vo výrobných zariadeniach.
Eva Kopecká
Zdroj vizuálizácie: RNDr. Lucia Bocánová z Ústavu molekulárnej biológie SAV
Nový antimikrobiálny proteín EN534-C pôvodom zo streptokokového fága pripravil:
kolektív pracovnej skupiny Genomika z Ústavu molekulárnej biológie SAV, v. v. i., (RNDr. Gabriela Bukovská, CSc., RNDr. Lucia Bocánová, PhD., RNDr. Nora Halgašová, PhD., a RNDr. Mária Kajsiková, PhD.) a Katedra molekulárnej biológie Univerzity Komenského v Bratislave (prof. RNDr. Hana Drahovská, PhD.)
Za spôsob jeho prípravy bol kolektívu autorov udelený slovenský Patent P289101 B6 (platný od 31. 7. 2023): Antimikrobiálny proteín, antimikrobiálny rekombinantný proteín s lytickými vlastnosťami, expresný vektor, spôsob ich prípravy a použitie.
Následne v roku 2024 (2. 7. 2024) bol kolektívu autorov udelený európsky patent číslo EP4262843: ANTIMICROBIAL PROTEIN, ANTIMICROBIAL RECOMBINANT PROTEIN WITH LYTIC PROPERTIES, EXPRESSION VECTOR, METHOD OF THEIR PREPARATION AND USE. Tento patent je platný v 17 štátoch EU.