Obosieczne ostrze. Jak działają antybiotyki

Znamy zaledwie od jednego do pięciu proc. gatunków bakterii zamieszkujących naszą planetę. W samych morzach żyje ich ok. miliarda ton. Żadne inne organizmy nie mają tak niezwykłych zdolności. Znajdziemy je w najbardziej nieprzyjaznych dla życia miejscach.

W dwadzieścia minut potrafią podwoić swoją liczbę. W ciągu zaledwie pół godziny są w stanie wymienić między sobą kompletne DNA i włączyć nowe zdolności do swojego genomu. W ten sposób nawet nieszkodliwe bakterie mogą stać się nieobliczalnymi zabójcami.

Na przykład bakteria Escherichia coli (w skrócie: E. coli) stanowi stały składnik flory jelitowej każdego człowieka. W swej pierwotnej formie produkuje w organizmie witaminę K, jest więc nam niezbędna do zdrowego życia. Jeśli jednak ulegnie mutacji, może stać się zabójcza.

Wskutek transferu genów dany szczep E. coli może otrzymać od drugiego szczepu zdolność na przykład do produkowania toksyny, a od innego - odporność na antybiotyki (naukowcy nazywają ją opornością). Przypuszcza się, że na skutek takiej wymiany genów powstała w 2011 roku nowa odmiana E. coli wywołująca hemolityczną mocznicę (HUS) - chorobę powodującą rozpad czerwonych krwinek, uszkodzenie nerek oraz krwawą biegunkę.

W 2011 roku w Niemczech po spożyciu żywności zakażonej tym szczepem zmarły 53 osoby. Zaraziło się około 5000 ludzi. Do dzisiaj antybiotyki bezskutecznie walczą z tym i innymi zarazkami. Wielu naukowców mówi nawet o końcu ery antybiotyków. Środki, które niegdyś ratowały miliony istnień ludzkich, obecnie wydają się bezsilne w konfrontacji z coraz skuteczniej broniącymi się przed lekami patogenami.

Co się właściwie dzieje, gdy zostaniemy zaatakowani? Szkodliwe bakterie produkują w organizmie toksyny prowadzące do obumierania komórek. Z reguły (na przykład gdy niebezpiecznych bakterii jest niewiele) układ odpornościowy potrafi sam zwalczyć te obce ciała. Jeśli jednak jest on osłabiony, kontratak białych krwinek okazuje się niewystarczający.

Konieczna jest wówczas pomoc z zewnątrz, czyli antybiotyki. Leki tego typu zatrzymują lub spowalniają rozwój bakterii. Walczą z infekcją na dwa sposoby: blokują rozmnażanie bakterii lub zabijają je, np. uszkadzając ich ściany komórkowe. By móc dokładniej prześledzić sposób działania antybiotyku, będziemy mu towarzyszyć w drodze przez nasz organizm.

Większość leków jest podawana doustnie. Oznacza to, że najpierw przechodzą przez jamę ustną, gdzie mają styczność ze śliną. Niektóre rodzaje tabletek rozpadają się już kilka sekund po kontakcie z nią. Większość ma jednak przed sobą znacznie dłuższą drogę. Ślina służy im za smar, dzięki któremu bez problemu prześlizgują się przez przełyk i trafiają do żołądka.

Część z nich pod wpływem kwasu żołądkowego rozpada się na wiele małych granulek. Za sprawą swych niewielkich rozmiarów w bardzo krótkim czasie docierają do jelita, gdzie się rozpuszczają, równomiernie uwalniając substancję czynną. Inne pigułki są zabezpieczone przed agresywnym kwasem żołądkowym i nienaruszone przedostają się do jelita cienkiego.

Gdy antybiotyk przeniknie przez ścianę jelita cienkiego, trafia do tak zwanej żyły wrotnej. Kończy się ona naczyniami włosowatymi, czyli najmniejszymi naczyniami krwionośnymi. Leki wiążą się z białkami osocza i w ten sposób wraz z krwią docierają do wątroby. Tutaj zaczyna się rozkład leku: zarówno antybiotyk, jak i powstałe z niego związki trafiają do żyły wątrobowej, która prowadzi je w kierunku serca i dalej do krwiobiegu niczym armię żołnierzy zajmujących stanowiska na linii frontu.

Substancje czynne docierają w ten sposób przez naczynka włosowate do wnętrza lub w pobliże wszystkich komórek organizmu. Gdy rozpoznają struktury charakterystyczne dla bakterii, rozpoczynają swoje działanie. Mogą zwalczyć szkodliwe komórki na kilka sposobów. Najbardziej znany antybiotyk - penicylina - łączy się na przykład z enzymem, który odpowiada za budowę ściany komórkowej, i blokuje go.

W efekcie bakteria pęka na skutek napłynięcia do jej wnętrza nadmiaru wody. Ale antybiotyki mogą też zahamować syntezę DNA lub białek, zmienić działanie błony komórkowej albo zahamować metabolizm bakterii.

Ma to jednak, niestety, także swoje złe strony: antybiotyki nie odróżniają "dobrych" bakterii od "złych". Dlatego mogą zabijać również te pierwsze, żyjące w naszych jelitach. A to z kolei prowadzi do szybszego namnażania szkodliwych gatunków. Brak pożytecznych bakterii w organizmie może powodować między innymi grzybicę śluzówek, powstanie alergii i zaburzenia trawienia - to tylko niektóre z licznych skutków ubocznych przyjmowania antybiotyków. To z tego powodu tak ważne jest zażywanie w trakcie kuracji tzw. leków osłonowych.

Antybiotyki z reguły przyjmuje się od dwóch do dziesięciu dni - zwykle zaczynają działać już po pierwszym zażyciu. Substancja czynna pozostaje w organizmie średnio od 2 do 12 godzin. To, kiedy zacznie działać, zależy od wielu czynników - na przykład procesów biologicznych w ciele (przemiany materii, rozkładu, wydalania itp.) lub stężenia substancji czynnej.

Tak zwany okres połowicznego rozpadu określa, kiedy ilość substancji czynnej spada do połowy - w przypadku penicyliny G następuje to już po 30 minutach. Dlatego ten antybiotyk należy zażywać kilka razy dziennie, by regularnie podnosić stężenie substancji czynnej. Przerwanie zażywania antybiotyku jest niebezpieczne. Bakterie, którym uda się przetrwać to "zawieszenie broni", z większym prawdopodobieństwem wytworzą mutacje pozwalające im się obronić przed substancją czynną. Jak to robią?

Produkują związki, którymi przy ponownym kontakcie atakują lek, albo tworzą coś w rodzaju pancerza, którego nie będzie mógł on zniszczyć. Te superwytrzymałe bakterie mnożą się dalej, przekazując swoją odporność potomstwu. Dlatego eksperci mówią o nadchodzącym końcu ery antybiotyków.

Brzmi to paradoksalnie: im więcej zażywa się antybiotyków, tym lepiej bakterie mogą się przeciwko nim uzbroić. Eksperci nazywają to zjawisko presją antybiotykową. Człowiek przyjmuje ich rocznie około 500 gramów w postaci leków oraz za pośrednictwem mięsa i warzyw. Epidemiolodzy szacują, że co drugi pacjent otrzymuje tego typu specyfiki niepotrzebnie, np. profilaktycznie lub na infekcję wirusową.

Skutki są katastrofalne. Bez kontaktu z antybiotykami mutuje zaledwie jedna na dziesięć milionów bakterii. Jeśli jednak mikroby zetkną się z nimi, aktywują swój program obronny - liczba mutacji ulega zwielokrotnieniu i dotyczy już jednego egzemplarza na każdy tysiąc.

Naukowcy na całym świecie gorączkowo poszukują nowych antybiotyków, które będą mogły stawić czoła opornym bakteriom. Naukowcy Eduard Babiychuk i Anette Draeger z Uniwersytetu w Bernie stawiają na liposomy. Te pęcherzyki tworzone są z błony składającej się z dwóch warstw lipidowych. Wykorzystuje się je m.in. do transportowania leków do organizmu.

Naukowcy stworzyli teraz liposomy, które przyciągają i neutralizują toksyny wydzielane przez bakterie w organizmie. W ten sposób stają się one niegroźne dla człowieka i mogą być zwalczane przez układ odpornościowy. Testy leku prowadzone na zwierzętach przyniosły pozytywne wyniki: udało się nawet wyleczyć myszy z zakażeniem krwi. Gdyby lek, opatentowany w międzyczasie pod nazwą CAL02, się sprawdził, byłby to kamień milowy w walce z bakteriami opornymi na wiele medykamentów. - Ponieważ działanie liposomów nie jest skierowane przeciwko samym bakteriom, nie mogą one wytworzyć oporności - mówi Draeger.

Także amerykański mikrobiolog Stuart B. Levy chce chronić ludzkość przed bakteriami, nie niszcząc ich przy tym - na przykład deaktywując tylko białko wywołujące infekcję w organizmie. W ten sposób bakteria może się rozmnażać normalnie, nie wyrządzając jednak człowiekowi szkody. - Nie powinniśmy próbować wytępić wszystkich bakterii, ponieważ potrzebujemy ich, żeby się rozwijać. My natomiast nie jesteśmy im do niczego potrzebni.

***Zobacz także***