Алтернативни терапевтични подходи на конвенционалните антибиотици: предимства, ограничения и потенциално приложение в медицината Ⅱ

4. Антимикробни пептиди

През последните години епидемии и огнища показаха, че общественото здраве може да бъде застрашено в световен мащаб по отношение наинфекциозни заболявания, така че този проблем изисква спешно намиране на алтернативи натрадиционни антибиотицикоито са нови и по-малко податливи на бактериална резистентност. В стремежа към новиантибиотици,антимикробни пептиди(AMPs), известни също като защитни пептиди на гостоприемника, наскоро получиха голям интерес [146–148]. AMP са клас малки пептиди, които съществуват широко в природата и са важни компоненти на вродената имунна система на различни организми. Имат широк инхибиторен ефект върху бактерии, гъбички, паразити и вируси. Те са открити през 1939 г., след откриването на лизозимите през 1922 г., когато микробиологът Рене Дюбо изолира щам на Bacillus от почвата, антибактериален агент, наречен грамицидин, за който е доказано, че предпазва мишките от пневмококова инфекция [149]. Впоследствие са идентифицирани няколко AMP както в прокариотното, така и в еукариотното царство [150]. Първият описан животински AMP е дефензин, който е изолиран от заешки левкоцити [151], впоследствие лактоферинът е идентифициран в кравето мляко и е доказано, че човешките левкоцитни лизозоми и човешкият женски репродуктивен тракт съдържат AMPs с ниско молекулно тегло [152]. Към днешна дата повече от 3000 AMP са открити, характеризирани и анотирани в базата данни на AMP (APD3) [153]. 

Настоящите изследвания се фокусират върху тези природни съединения като иновативниантиинфекциозни лекарстваи нови имуномодулатори [148,154], но също и в храните, добитъка, селското стопанство и аквакултурите. Интересът към AMP наскоро се увеличи по време на пандемията от тежкия остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2) в търсене на нови антивирусни молекули за противодействие на COVID-19 [154]. 

Щракнете тук, за да получите повече подробности за Cistanche Herbs As

Алтернативни терапевтични подходи към конвенционалните антибиотици

4.1. Предимства

След откриването на естествени биоактивни AMPs, способни да поразяват широко множество патогени, базираните на пептиди терапевтици са под наблюдението на изследователите. AMPs инхибират широк спектър от микроорганизми чрез разнообразни и специални механизми чрез основно насочване към клетъчни мембрани или специфични вътреклетъчни компоненти [155]. AMPs са потенциални многофункционални терапевтични средства, които са ефективни срещу широк спектър от микроорганизми. Те се наричат ​​"естествени антибиотици". Някои AMP могат да причинят бърза смърт на Грам-положителни и Грам-отрицателни гъбички, паразити, капсулирани вируси или туморни клетки в рамките на минути. AMP имат нисък риск от развитие на резистентност и дори могат да инхибират резистентни на антибиотици микроорганизми [155]. Този принцип произтича от факта, че AMP обикновено (но не винаги, както е посочено по-горе) удрят липидния компонент на плазмената мембрана, клетъчен компонент, за който се смята, че е трудно да се променят неговите основни физикохимични характеристики от микробни мишени.

И накрая, AMP все повече се разглеждат като обещаваща терапевтична алтернатива за лечение на инфекции, свързани с биофилм, една от основните заплахи в областта на бактериалните инфекции. Всички тези предимства правят AMP идеални кандидати за фармакологични приложения. AMP упражняват своите антимикробни ефекти предимно чрез два различни механизма. Мембранно-насочените AMPs променят структурната цялост на клетъчната мембрана, докато AMPs, които използват немембранни насочени механизми, основно инхибират синтеза на нуклеинови киселини, основни ензими и други функционални протеини. Тези нови протеини могат да бъдат от естествен или синтетичен произход. AMP от много видове, включително земноводни, насекоми, бозайници и риби, представляват 75,65 процента от общите AMP, докато останалата част е главно от растения и бактерии и представлява съответно 13,5 процента и 8,53 процента от общите AMP [156]. Бактериалните AMP често се наричат ​​бактериоцини, ефективни при по-ниски концентрации от AMP и имат ограничен ефект върху няколко вида. Бактериоцините проявяват антимикробна активност и инхибират основните микробни конкуренти [157,158]. Забележително е, че резистентността към антибиотици и бактериоцини е независима и досега не е регистрирана кръстосана резистентност [159]. Гените, участващи в производството на бактериоцин, са част от мобилни генетични елементи като конюгативни транспозони (низин) и плазмиди (лактококи 972) [160]. Това улеснява размножаването им и обяснява например способността наP. pentosaceusиЛактобацилусза синтезиране на прогноза PA1/AcH [161]. Може да се заключи, че бактериоцините са нова перспектива за преодоляване на проблема с резистентността, при условие че функцията на механизма на тези молекули и тяхното разграждане се разбират напълно. На свой ред е известно, че морската среда е един от най-богатите източници на AMP, включително океаните, които покриват малко над 70 процента от Земята. За разлика от земната среда, те са по-приспособими към суровите условия на околната среда, като например висока соленост [156,162]. AMPs с растителен произход са пептиди, които проявяват силна и широкоспектърна антимикробна активност. В допълнение към силната микробицидна активност на растителните AMP срещу вируси, бактерии, гъбички, паразити и протозои, те също имат антиинсектицидна активност срещу оомицети и тревопасни вредители и противоракова активност срещу някои ракови клетки [155,156,162,163]. Що се отнася до AMP от насекоми, те играят важна роля в хуморалната имунна система. AMP от насекоми се синтезират в телесните мазнини на насекоми и се съхраняват в хемолимфата [164]. Над 200 AMP са идентифицирани в насекоми до момента

Въпреки многообразието от многото предимства на AMPs, извлечени от естествени източници, те имат редица недостатъци, включително лоша стабилност, солна толерантност и висока токсичност, които възпрепятстват широкото им терапевтично използване, оттук и появата на синтетичните AMPs. Разработени са няколко метода за проектиране на нови синтетични AMP чрез модифициране на последователностите на AMPs, естествено присъстващи в различни организми. Доказано е, че малки промени в аминокиселинния състав могат да доведат до промени във всички конформационни и физикохимични свойства на пептида [165]. Като цяло, тези AMP са безопасни, без или с по-малко токсични странични ефекти и трудно предизвикват бактериална лекарствена резистентност в сравнение с конвенционалните антибиотици [166]. 

4.2. Приложения в медицината

AMPs са многофункционални агенти с няколко терапевтични функции като противовъзпалителни, имуномодулиращи, неутрализиращи ендотоксини дейности и цитотоксични ефекти върху раковите клетки, което ги прави добри кандидати за фармакологични практики, в допълнение към преките им антимикробни ефекти [167,168]. Бързите и широкоспектърни дейности, възможностите за разнообразна употреба и ниският потенциал за развитие на резистентност към AMP са основните фактори, повишаващи тяхната привлекателност в биофармацевтичната индустрия и инвестициите в пазара на пептидни антибиотици. Няколко проучвания съобщават за значението на низина при лечението на няколко инфекциозни заболявания, като мастит, орални, респираторни и кожни [148,152,169]. Маститът е често срещано възпалително заболяване при кърмещи жени, което води до спиране на лактацията [170]. Стафилококус ауреусиStaphylococcus epidermidisса два често срещани агента, които причиняват инфекции, свързани с мастит [170]. Пептидът низин причинява инхибиране на бактериалния растеж чрез образуване на мембранни пори и чрез прекъсване на биосинтезата на клетъчната стена чрез специфично взаимодействие на липид II [171]. Друг пример за бактериално получени AMPs, използвани клинично като алтернатива на антибиотиците, е грамицидин, който е смес от грамицидин A, B и C. Това са AMPs, естествено произведени отБревибацилус бревис, с активност срещу няколко Грам-положителни бактерии, предизвикващи деполяризация на мембраната и впоследствие клетъчен лизис [152,172,173]. Грамицидинът е съставка на Неоспорин®, троен антибиотик, използван в офталмологични и локални препарати [152]. Той е одобрен и пуснат на пазара като анионен AMP за лечение на кожни инфекции, причинени от грам-положителни бактерии [174]. Скорошно проучване показа, че предварителното третиране с Tachyplesin III върху мишки ги предпазва отPseudomonas aeruginosaиAcinetobacter baumanniiинфекция, намалява производството на провъзпалителни цитокини (IL-1 , IL-6 и TNF- ) и индуцира фагоцитоза на макрофагите, фундаментална за упражняване на бактериален клирънс по дозозависим начин [152,175]. Всички тези констатации трябва да бъдат потвърдени в клинични изпитвания върху хора. Като се има предвид голямото разнообразие от AMP, съществуващи в природата, се очаква, че други нови фармакологично активни пептиди, вдъхновени от природата, могат да намерят клинични приложения в бъдеще.

4.3. Ограничения

Въпреки че AMP имат много предимства, само три AMP са одобрени от FDA на САЩ за терапевтична употреба, а именно грамицидин, колистин и даптомицин [176]. Грамицидинът е активен срещу редица грам-положителни и грам-отрицателни бактерии, въпреки че неговата тежка токсичност за човешки еритроцити има клинични показания, ограничени до локални приложения. Полимиксинът и колистинът, които са катионни пептиди, които се използват от десетилетия, наблюдават възобновяване на интереса напоследък поради тяхната силна активност срещу MDR Грам-отрицателни патогени. Способността им да свързват липидния А компонент на LPS ги прави ценни оръжия, последните ресурси за борба със септичния шок, независимо от известната им нефротоксичност. Въпреки това, резистентността се появи и се разпространява с тревожна скорост, застрашавайки ефективността на тези ценни терапевтици. Що се отнася до даптомицин, този мембранно свързан цикличен липопептид получи зелена светлина от FDA през 2003 г. за лечение на грам-положителни инфекции. В последните години,Стафилококус ауреусвсе повече се съобщава за резистентност и активно се провежда търсене на заместители, които могат да разширят клиничната употреба на този важен антибиотик. В допълнение към резистентността към AMP, описана по-горе, има ниво на трудност при пускането на тези молекули на пазара, независимо дали за локално или системно лечение. Клиничните изпитвания фаза 3 на Polyphor за безопасността и ефикасността на интравенозен мурепавадин бяха прекратени преждевременно поради повишени нива на серумен креатинин при пациенти, лекувани с AMP, което показва бъбречна недостатъчност [177]. 

5. Наночастици

Първите следи от емпиричното използване на наночастици от човечеството датират от империята на маите (през 800 г. пр. н. е.), те са използвали синьо багрило, способно да устои на атмосферни условия, направено от смес от нанопореста глина и багрило, съдържащо метални наночастици [178]. Производството на наночастици е бързо развиващ се обект за биомедицински приложения, особено при лечението на тумори и тяхната диагностика, от началото на 70-те години на миналия век и експоненциално от 2000-те [179]. Изключителните характеристики на тези нанообекти (оптични, физически, термични, химични и др.) позволяват използването им като вектори, както и за диагностични и терапевтични причини. Нанотехнологиите, предназначени за медицински приложения, днес се определят под термина „наномедицина“. Наночастиците с антимикробна активност са неорганични частици с нанометричен размер. Те могат да атакуват мембраната на бактерии или дрожди и да проникнат в тези патогени, за да взаимодействат със специфична цел, но също така да предизвикат производството на свободни радикали. По-важното е, че многобройните и уникални механизми на действие на наночастиците правят малко вероятно бактериите да развият резистентност и могат да помогнат за ограничаване на глобалната криза на възникваща бактериална резистентност [179,180]. 

5.1. Предимства

Наномедицината е доставяне на лекарства с помощта на нано вектори, позволяващи транспортирането и освобождаването на активната съставка при нейната фармакологична цел. Следователно този подход повишава ефикасността на лекарствата и ограничава техните нежелани ефекти чрез модулиране на фармакокинетичния път и бионаличност [181]. Уникалните антибактериални качества присъстват в металните наночастици (MNP), направени от сребро, злато, цинков оксид и титанов оксид. Техният химичен състав позволява по-дълго свързване, активно насочване на антибиотиците с повърхностна функционалност в целевото място и защита срещу разграждане на ензима [182]. Най-интересното е, че те могат да доставят антибиотици във вътреклетъчното отделение, където е патогенът. По този начин те подобряват стабилизирането на лекарството, увеличават циркулацията на лекарството и осигуряват подобрено доставяне в целта и по-висока ефективност на лечението. Успоредно с това те намаляват токсичността и страничните ефекти, увеличават антибактериалния спектър и намаляват необходимата доза лекарства и дори времето за лечение [183,184]. Всички тези предимства правят използването им сред най-обещаващите стратегии за преодоляване на лекарствената резистентност към антибиотици [185]. 

5.2. Приложения в медицината

Нанобиотиците са антибиотици от следващо поколение и могат да се използват като лекарствосрещу бактериални инфекции с главно вътреклетъчни бактерии. Антибактериалните свойстваот благородни метали (предимно мед и сребро) са известни отдавна и се използват в ежедневието. Например, някои болници са оборудвали дръжките на вратите си с медни покрития, за да ограничат предаването на бактерии в болничната среда [186]. Изследвания на наночастици показват in vitro антимикробна активност срещу MDR организми, включително ESKAPE патогени (Ентерококус фекалис, Стафилококус ауреус, Клебсиела пневмония, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosaиЕнтеробактер) [180,187–189]. Всъщност едно проучване ясно установи дозозависимата антибактериална активност на сребърните наночастици срещу ентеробактерии катоЕшерихия колиилиKlebsiella pneumoniaeс почетен MIC от около 1,4µg/mL, както и антибактериалната активност на гентамицин, цефотаксим и меропенем спрямо тези видове се повишава при едновременното присъствие на сребърни наночастици [190]. Други проучвания показват както in vitro, така и in vivo ефикасност срещу грам-положителни и грам-отрицателни бактерии [191,192]. Освен това може да бъде алтернатива при лечението на туберкулоза, която е основен здравен проблем, заразяващ милиони хора по света. Злоупотребата с лекарства от първа линия може да доведе до MDR туберкулоза, която след това се лекува с химиотерапия или лекарства от втора линия като етионамид (ETH). Въпреки това, пациентите често смятат, че е трудно да се придържат към схеми на лечение, които изискват високи дози ETH. Наночастиците могат да капсулират синергични лекарства, което значително ще опрости лечението и ще увеличи спазването на пациента [181]. В крайна сметка всички тези изследвания остават в експериментален мащаб, in vitro или in vivo, използвайки животински модели. Клиничният превод изисква задълбочено разбиране на фармакокинетиката и фармакодинамиката на НЧ и оценка на тяхната токсичност на клетъчно и системно ниво [180]. Следователно е установено, че металните нанобиотици са по-ефективни от антибиотиците самостоятелно поради тяхната стабилност в случай на инфекции, причинени от вътреклетъчни микроби [193–195]. На практика нанобиотиците биха осигурили системи за доставяне на лекарства за системни, орални, трансдермални или други методи на приложение, по-добра антибактериална превръзка на рани, отлични покрития за имплантируеми медицински устройства и по-ефективни антибактериални адюванти за ваксини [193].

5.3. Комбинация

ТерапияНаночастиците могат да се комбинират с антимикробни лекарства (антибиотици, антивирусни, противогъбични). Комбинацията с антибиотични молекули е най-документирана и те се наричат ​​нанобиотици [196]. MNPs се използват поради тяхната намалена цена, лесен синтез и използване [193]. MNP се основават на различни видове метали: главно злато (Au), сребро (Ag), меден оксид (CuO), железен оксид (Fe)3O4 или Fe2O3), титанов диоксид (TiO2) и цинков оксид (ZnO) [193]. Сребърните наночастици (AgNPs) се използват не само в изследователски лаборатории, но и в хуманната и ветеринарната област поради техните каталитични, уникални оптични и биологични свойства. Основното предимство на златните наночастици (AuNP) е тяхното просто производство и модифициране от един или повече химически различни тиолови лиганди и те се считат за най-малко токсичните MNP [182]. Тъй като MNP действат като носители на лекарства, те улесняват транспортирането на антибиотиците до клетъчната повърхност. Това взаимодействие между наночастиците и антибиотиците повишава концентрацията на антимикробни лекарства в специфични места на клетъчната мембрана. По-специално, контактът с клетките се подобрява и пропускливостта на мембраните се увеличава чрез афинитета на AgNPs и AuNPs към съдържащи сяра протеини на бактериални клетъчни мембрани. Това улеснява навлизането на антибиотиците в клетката [194].

5.4. Ограничения

Наночастиците представляват риск за човешкото здраве, въпреки отличните си качества и голямото разнообразие от приложения. Проучвания, проведени in vitro и in vivo, показват, че MNPs могат да навлязат в клетките и да причинят оксидативен стрес, възпаление, увреждане на ДНК и токсичност за органи, което ограничава употребата им [197,198]. Основните свойства на MNP, отговорни за техния токсикологичен ефект, се приписват на:• Размерът се дължи на бързата им дифузия в човешките клетки и способността им да преминават през кръвно-мозъчната бариера (200 nm). NPs под 10 nm често проявяват значителна антибактериална активност, но също така и висока цитотоксичност;Агломерация, която подпомага процеса на утаяване и забавя дифузията на NP, което увеличава ефективните дози;

• Повърхностният заряд, за да се контролира свързването на протеини с NPs, клетъчното усвояване, оксидативния стрес, автофагията, възпалението и апоптозата, зарядът на NPs е от решаващо значение (заредените NPs са показали, че са по-цитотоксични от неутралните форми, а положително заредените NPs са по- цитотоксични от отрицателните варианти с подобен размер). Понастоящем MNP могат да бъдат проектирани така, че да намалят тяхната токсичност за хората [199]. Размерът може да бъде пригоден за оптимална ефикасност и могат да се използват затварящи агенти за предотвратяване на агломерация, избягване на нежелано окисляване на наночастици и подобряване на освобождаването на йони. Често използваните затварящи агенти са олеинова киселина, полиакрилова киселина, полиетилен гликол (PEG), поливинил алкохол (PVA) и поливинилпиролидон (PVP) [200,201].

6. Етерични масла

Естествените продукти, като лечебни растения, етерични масла (EO) и билкови екстракти, се считат за обещаващи алтернативни средства. ЕО са сред икономически най-подходящите растителни продукти, като често са отговорни за няколко благоприятни за здравето свойства [202,203]. EO се образуват от MAP като вторични метаболити и са много хетерогенни смеси, които могат да съдържат десетки съединения в различни концентрации [204]. Понастоящем са известни над 3000 ЕО, 10 процента от които са с търговско и икономическо значение. Тези продукти са потенциални резервоари на много биоактивни съединения с няколко полезни свойства и са в съответствие с настоящите предпочитания на потребителите за естествени продукти. Те също предлагат предимството да се понасят по-добре от човешкото тяло с по-малко странични ефекти [205,206]. 

6.1. Приложения на ЕО

В природата ЕО играят важна роля в защитата на растенията, като действат като антибактериални, антивирусни, противогъбични средства и инсектициди, а също и срещу тревопасни животни, като намаляват апетита им към такива растения. Те могат също да привлекат определени насекоми, за да благоприятстват разпръскването на полени и семена или да отблъснат други, които са нежелани. Поради техните бактерицидни и фунгицидни свойства, те се използват и като алтернативи на синтетичните химически продукти за защита на екологичното равновесие, без да показват същите вторични ефекти [207,208]. EO се използват повече от 5000 години в различни култури и за различни цели, включително лична хигиена (парфюми и козметика), храни, грижа за дома, репеленти за хора и животни (животни и домашни животни) и агенти, насърчаващи здравето за лечение на различни заболявания [203,209–211]. Известно е, че ЕО упражняват различни фармакологични ефекти, като антиалергични (лавандула, градински чай), противоракови (салвия), противовъзпалителни (евкалипт, лавандула), аналгетични (лавандула), анксиолитични (обикновен копър), антидепресанти (цитрон), имуномодулиращи ( евкалипт) антибактериално (карамфил, кимион, мащерка, риган), противогъбично (куркума, лавандула, евкалипт), антивирусно (евгенол, евкалипт, джинджифилова трева, карамфил), инсектицидно (артемизия, евкалипт, лавандула) и антиоксидантно действие (кориандър, лавандула) , aneth) [206,212–214]. Също така, EO могат да се използват като алтернативни консерванти за увеличаване на срока на годност на зърнени култури и култури и за безопасност на храните [215]. По този начин съставът и фармакологичните свойства на ЕО са продължаващи обекти на обширен изследователски интерес.

6.2. Антимикробен ефект на ЕО

EO и техните основни компоненти са доказали своята ефективност при контролиране на разпространението на определени бактериални агенти. Антибактериалните свойства на ЕО са известни от дълго време и днес има голям брой важни публикации, потвърждаващи техните бактериостатични и бактерицидни ефекти срещу патогенни бактериални щамове, дори при много ниски концентрации [216,217]. Няколко молекули, присъстващи в ЕО, са надарени с антибактериални свойства, особено феноли (като карвакрол, тимол и евгенол), алкохоли (като линалол) и алдехиди (като цинамалдехид). Антибактериалните ефекти се влияят от различни фактори като химическия състав на тествания ЕО, използвания експериментален метод и тествания бактериален щам. Тяхното антибактериално действиезависи от концентрацията на основните съединения, синергичните ефекти и/или присъстващите добавки и второстепенни съединения [218,219]. Биоактивните компоненти на ЕО имат специфично антибактериално действие; например, клетъчното унищожаване на патогени е резултат от способността на тези съединения да разрушат клетъчната мембрана на микроорганизма, което води до промени в клетъчната морфология, промени в пропускливостта на мембраната и изтичане на електролити. Например, тимол, карвакрол и евгенол (основни фенолни съединения на няколко ЕО) могат да увеличат количеството на С16 и С18 наситени мастни киселини и да намалят количеството С18 ненаситени мастни киселини. Действието на ЕО не е ограничено до самите мастни киселини, но може да повлияе и на ензимите, отговорни за тяхната биосинтеза. Например, някои проучвания показват, че някои ЕО инхибират чрез различни механизми (конкурентни, неконкурентни и неконкурентни) [213,220]. Различните компоненти на ЕО могат да действат върху протеините, присъстващи в бактериите, и да повлияят на клетъчното делене. Освен това те могат да намалят скоростта на производство на АТФ и да причинят смущения в дихателната верига на мембраната. Някои EO имат действие върху отчитането на кворума, използвано от бактериите за координиране и осигуряване на комуникация между тях [221,222]. Няколко проучвания са изследвали синергията между компонентите на ЕО [223,224]. Наблюдава се вариация между различните резултати според тестовия организъм, антибиотика и тестваното етерично масло [225]. Комбинацията от два антимикробни агента води до антагонистичен, индиферентен или синергичен ефект, в зависимост от механизмите, упражнявани от всеки агент срещу тестовия организъм, характеристиките на тестовия организъм и всякакви химични взаимодействия между двата антимикробни агента [226]. 

6.3. Ограничения

Въпреки че са естествени съединения и техните терапевтични приложения, за някои EO се съобщава, че причиняват странични ефекти като отравяне, астма, контактен дерматит, главоболие, повишено кървене, дразнене на очите, невротоксичност, генотоксичност и имунотоксичност. По-голямата част от ЕО, в достатъчно високи дози, ще предизвикат токсични ефекти. Освен това, токсични ефекти могат да възникнат след поглъщане или дермално излагане. Много ЕО, включително лавандула,Nepeta cataria(котешка билка), иМелиса Officinalis(маточина), са изследвани с тестове, показващи, че ЕО показват токсичност при много ниски концентрации. Предполага се, че един от основните механизми на цитотоксичност е увреждане на мембраната, подобно на това, наблюдавано при бактерии и дрожди [226–228]. EO също съдържат сложни съединения, които са много фоточувствителни и податливи на разграждане. Това изисква по-добри условия на съхранение, за да се предотврати намаляването на концентрациите на компонентното масло и помага да се поддържа първокласното етерично масло с най-малко количество разваляне. Друго предизвикателство за рационалното използване на ЕО от съответните индустрии е техният качествен контрол, както и законодателните текстове относно техните приложения [228]. 

7. Антисенс антимикробни терапевтици

Антисенс терапевтиците са биотехнологично базирана форма на антибиотична терапия, използваща химически аналози на къси, едноверижни олигомери, които имитират структурата на РНК или ДНК и се свързват със специфична, комплементарна РНК в целевия организъм. Следователно антисенс антимикробните терапевтици действат чрез заглушаване на експресията на специфични гени [229]. Антисенс технологията е разработвана от много години за борба с вирусни, паразитни и бактериални инфекции. Антисенс технологията е използвана като антибактериални средства и те са тествани срещу повечето MDR клинични изолати, включително резистентни на карбапенемЕшерихия коли, бета-лактамаза с разширен спектърКлебсиела пневмония, носителство на метало-бета лактамаза-1 в Ню ДелхиКлебсиела пневмонияи MDRСалмонела ентерика. В този преглед ще се съсредоточим върху олигонуклеотидната терапия като ефикасен подход за намаляване на резистентността на бактериите към антибиотично лечение [230].

7.1. Механизъм на действие

По принцип основната функция на антибиотиците е директно да инхибират растежа и/илижизнеспособността на бактериите чрез насочване към запазени пътища като репликация на ДНК, клетъчна стенасинтез, протеинов синтез и метаболизъм. Обратно, чрез използване на антисенс технология като терапевтични агенти в микроорганизми, антисенс агентите се свързват с комплементарна целева иРНК и заглушават транслацията или насърчават разграждането на целевата иРНК. Разработени са няколко базирани на олигонуклеотиди платформи, като двата основни подхода за заглушаване на генната експресия включват антисенс олигонуклеотиди и къси интерфериращи РНК. И двете притежават комплементарни последователности към тяхната целева иРНК. Хибридизацията на олигонуклеотида инхибира транслацията на съответния ген чрез разграждане на целевата иРНК или обструкция на рибозомното свързване [229,231–233]. Понастоящем основните химични структури, които са проектирани за антисенс биотехнологии, включват фосфоротиоати, заключени нуклеинови киселини, пептидни нуклеинови киселини и фосфородиамидатни морфолино олигомери [229,233]. Най-важната грижа за антисенс терапевтиците е доставянето на синтетични антисенс олигомери в бактериалната цитоплазма, което изисква прикрепването на друго съединение, което може да проникне през бактериалната клетъчна стена. Скорошни проучвания са използвали антисенс олигомери, свързани с проникващи в клетките пептиди или последователност от редуващи се катионни и неполярни аминокиселини, тъй като клетъчните стени на бактериите са почти непроницаеми за олигомери с високо молекулно тегло [229,234,235].

7.2. ефикасност

През февруари 2017 г. СЗО публикува първия си списък с устойчиви на антибиотици „приоритетни патогени“ – каталог от 12 семейства бактерии, които представляват най-голямата заплаха за човешкото здраве [236]. Тези бактерии са станали резистентни към голям брой антибиотици, включително карбапенеми и цефалоспорини от трето поколение [5]. Като решение на проблема, антисенс терапевтиците предлагат потенциал за специфични за генната последователност терапии, които могат да се насочат към голям набор от пътища в бактериите, бързи са за проектиране и са по-адаптивни към резистентност от конвенционалните молекулни антибиотици [237]. Антисенс олигонуклеотидите и късите интерфериращи РНК са алтернативна стратегия за проектиране на ген-специфични олигомери, които могат специфично да се насочат към всеки отделен патоген. Този нов подход почти елиминира или значително намалява времето, необходимо за откриването на нови антибактериални средства и разширява обхвата от потенциално налични мишени за всеки ген с известна базова последователност във всяка бактерия [229].

7.3. Приложения в медицината

Разширен спектър - производството на лактамаза е един от основните механизми на резистентност приEnterobacteriaceae. Скорошни проучвания показват, че олигонуклеотидната терапия е ефективен подход за намаляване на резистентността на бактериите към антибиотично лечение [238,239]. Доказано е, че липидните олигонуклеотиди са ефективна стратегия както за доставяне на олигонуклеотидни последователности в прокариотни клетки, така и за намаляване на минималната инхибиторна концентрация на резистентни бактерии към трето поколение цефалоспорин, цефтриаксон [5]. Стратегията за насочване към гени за антибиотична резистентност има за цел да намали експресията на антибиотична резистентност, което би възстановило чувствителността към одобрен антибиотик, който би се прилагал съвместно с олигомерите. Няколко проучвания разкриват ползите от антисенс антимикробните средства върху MDR бактерии [230,240,241]. Антисенс терапевтичните средства, насочени към гена NDM-1, възстановяват чувствителността към карбапенеми при видове грам-отрицателни патогени, включителноЕшерихия коли, Acinetobacter baumannii, иPseudomonas aeruginosa[230]. Същото се наблюдава при насочване към aac(60 )-Ib ген, който придава резистентност към аминогликозиди в много грам-отрицателни клинични изолати [229,237,242,243]. Понастоящем на пазара няма одобрени олигонуклеотидни лекарства за лечение на бактериални инфекции; въпреки това има някои антисенс терапии в клинични изпитвания за лечение на вирусни инфекции. Fomivirsen, фосфоротиоатен олигодезоксинуклеотид, е единственият одобрен антисенс терапевтик, който е насочен към вирусна инфекция [229,231,237,244]. За да се отговори на спешната нужда от разработване на нови стратегии за откриване на нови антимикробни средства, все още има нужда от повече експериментални изследвания с реални клинични изпитвания, за да се използват успешно при лечението на човешки инфекциозни заболявания.

8. Трансплантация на фекална микробиота

Микробиотата или „микробната флора“ е група от микроорганизми (бактерии, вируси, гъбички или дрожди), живеещи в специфична среда. Човешкото тяло е дом на различна микробиота, разположена върху кожата, устната кухина, дихателните пътища, гениталния тракт или червата. Човешкото същество съдържа повече бактерии, отколкото човешки клетки [245]. Чревната микробиота се определя като най-изобилната микробиота в човешкото тяло с повече от 100 000 милиарда бактерии (1 до 2 kg бактерии). Сега той се разглежда като орган сам по себе си, осигуряващ различни физиологични функции, които са от съществено значение за човека. Под въздействието на няколко явления балансът между "добрите" и "лошите" бактерии на микробиотата може да се наруши; този дисбаланс, известен като дисбиоза, е причина за различни заболявания с различна тежест. Тогава фекална трансплантация (наричана още фекална трансплантация или фекална бактериотерапия) е възможно терапевтично решение [245]. Антибиотиците играят основна роля в тези явления, като променят разнообразието на популациите на чревната микробиота (и по-специално бариерен ефект, който упражняват) и чрез увеличаване на чревната плътност на резистентни бактерии. Чревната микробиота е в основата на явлението антибиотична резистентност, като е едновременно резервоарът на устойчиви на антибиотици ентеробактерии и „съпътстващата жертва“ на употребата на антибиотици, която избира тези бактерии [245]. Наборът от резистентни гени, присъстващи в чревната микробиота, се нарича чревен резистом. Той включва ендогенен или "резидентен" резистом, съставен от бактериите на резидентната микробиота на гостоприемника, и екзогенен или променлив резистом, съставен от резистентни гени, допринесени от бактерии, преминаващи през микробиотата [246]. Класически, резидентният резистом включва хромозомни резистентни гени, които не са свързани с мобилни структури. Обратно, променливият резистом често се свързва с мобилни структури (като плазмиди или транспозони), които могат да се обменят с резидентните бактерии на гостоприемника [247]. Въз основа на възстановяването на нова чревна микробиота от здрав донор [248]. Трансплантацията на фекална микробиота (FMT) се използва от четвърти век в традиционната китайска медицина за лечение на пациенти, страдащи от тежка диария и за лечение на хранително отравяне. Всъщност тази техника е описана за първи път преди 1700 години в китайското медицинско ръководство „Удобна терапия при спешни случаи“ от китайския лекар Ге Хонг [249]. След това през 16 век Ли Шижен описва няколко начина за подготовка на изпражненията за подготовка за фекална трансплантация, като ферментирал фекален разтвор, пресни фекални суспензии, както и сухи фекални препарати от сухи изпражнения [249]. По-късно през 17-ти век FMT се използва под името "трансформация" във ветеринарната медицина, прилаган орално или ректално за лечение на диария, лечение на ацидоза на търбуха и лечение на бациларна дизентерия или шигелоза при селскостопански животни, добитък [250]. През 1958 г. американският хирург Бен Айземан признава ефективността на техниката на FMT по вагинален път за лечение на псевдомембранозен колит след успешно проучване върху четирима пациенти, лекувани с изпражнения на дебелото черво (клизма) от здрав донор [250]. През 1983 г. ефективността на лечението на повтарящи сеClostridium diificileинфекции от FMT беше съобщено от д-р Анна Шван в списанието "Ланцетът" [251].

8.1. Приложения в медицината

Храносмилателната деконтаминация се състои от перорално и/или парентерално приложение на антибиотици с цел унищожаване на патогенни и/или мултирезистентни бактерии, като същевременно се щадят коменсалните бактерии (по-специално анаеробните бактерии) колкото е възможно повече [252]. Храносмилателната деконтаминация досега е използвана най-често за елиминиране на ентеробактерии (резистентни или не) при пациенти с неутропения или мултирезистентни бактерии, отговорни за епидемии в интензивни отделения [247]. Възникващи силно резистентни бактериални инфекции и по-специално, продуциращи карбапенемазаEnterobacteriaceae, са нарастващ проблем за общественото здраве. Тяхното управление в болниците, регламентирано от доклад на Френския висш съвет за обществено здраве, включва мерки за засилена изолация, кохорти и скрининг на контактните, които са прекалено тромави, скъпи и трудни за прилагане [247]. Антибиотичното управление на тези колонизации е не само вредно, но и напълно ненужно. Два клинични случая, единият в Холандия, вторият във Франция, от друга страна, показаха ефикасносттана FMT в случаите на колонизация отЕшерихия колии продуциращи карбапенемазаKlebsiella pneumoniae[253]. Провеждат се много проучвания за изследване на тази възможност за лечение [247,254]. Stripling и др. съобщава, в доклад за случай, прилагането на FMT при пациент със сърдечно-бъбречна трансплантация, страдащ от резистентна на ванкомицин ентерококова колонизация, съпътстваща рецидивиращаClostridium dificileколит [255]. Трансплантацията доведе до клинично излекуване наClostridium difficileинфекция и намаляване на дела на резистентни на ванкомицин ентерококови изолати [256]. Вливането на фекален препарат от здрав донор в стомашно-чревния тракт на пациента е предложено като нов терапевтичен подход за модулиране на заболявания, свързани с патологични дисбаланси в резидентната микробиота, наречени дисбиоза [257]. Използва се за лечение на чревни заболявания като IBD иClostridium diificileинфекция, но все още няма налични доклади за ролята му при лечението на MRSA ентерит. Тук докладвахме пет случая на MSRA ентероколит, излекуван от FMT в комбинация с ванкомицин [258]. За първи път съобщаваме за промени в микробиотата на изпражненията по време на терапевтичния процес [257]. 

8.2. Ограничения

Странични ефекти, свързани с фекална трансплантация: резултати от FMT мета-анализ относно вливане на изпражнения от здрав донор в червата на болен човек, за да се възстанови балансът на тяхната чревна флора [259]. Тази процедура е оценена главно за лечение на рецидивClostridium difficileинфекции. В научната литература преобладават малки казуси с недостатъчна стандартизация на критериите за оценка. Прегледът на литературата включва 109 публикации, описващи тази процедура, извършена при 1555 пациенти. За 1190 от тях индикацията е била повторение наClostridium трудноинфекция [257]. За останалите фекална трансплантация е извършена най-вече за лечение на хронично възпалително заболяване на червата (IBD). Техниката също е изследвана при синдром на раздразнените черва, метаболитен синдром и запек. Към октомври 2014 г. могат да бъдат преброени три рандомизирани контролирани проучвания: едно за метаболитен синдром, едно за улцерозен колит и едно заClostridium трудноинфекция. Уточнени са начините на приложение при 946 пациенти. Повечето (повече от 500) са трансплантирани чрез колоноскопия. Извършено е чрез клизма за повече от 156 пациенти и чрез назогастрална сонда за 133. Този поданализ се фокусира върху 1190 пациенти, които са получили фекална трансплантация за рецидивИнфекция с Clostridium diificile. Един случай на фекална перфорация, настъпила по време на фекална трансплантация, изискваща колектомия [257,260]. Докладвани са два случая на заразяване с норовирус, както и четири случая на грам-отрицателна бактериемия, два от които са довели до смърт. Сред пациентите, също страдащи от IMiC, в шест случая е извършена фекална трансплантация за лечение наClostridium difficileинфекцията е последвана от обостряне на възпалителното заболяване. При това показание са докладвани около десет фебрилни епизода и около сто леки стомашно-чревни странични ефекти (гадене, коремна болка, запек и др.). В допълнение към смъртните случаи, настъпили след бактериемия, бяха регистрирани още три. За един от пациентите изследователите считат, че връзката между септичния шок, водещ до смърт, и фекалната трансплантация е „неясна“. За друг пациент седацията, доставена за извършване на колоноскопията, беше грешката. Трети пациент е починал от септичен шок. Под обща анестезия той изхвърля изпражненията, въведени чрез ендоскопия, и след това става жертва на инхалационна пневмония. Други смъртни случаи, настъпили в по-дългосрочен план, са докладвани, без да е установена връзка с трансплантацията. За 226 пациенти, лекувани за IMiC, най-честата нежелана реакция е фебрилен епизод (14 случая). Двамата автори отбелязват шест влошавания на възпалително заболяване и 28 стомашно-чревни странични ефекти: метеоризъм, повръщане и коремна болка.257]. Като цяло авторите смятат, че литературата за фекална трансплантация е „с лошо качество“ и настоящите препоръки са „недостатъчни“, за да позволят на практикуващите да бъдат правилно информирани. Въз основа на своя анализ на литературата те считат процедурата за „като цяло безопасна“, като същевременно посочват докладването на няколко случая на сериозни нежелани събития. Въпреки това, без сравнение не е възможно да се определи каква част от тези странични ефекти са свързани с първоначалното здравословно състояние [257].

9. Инхибитори, чувствителни към кворум

Quorum sensing (QS) е клетъчно базирана комуникационна система, която контролира генната експресия под контрола на плътността на клетъчната популация [261]. Той контролира експресията на различни протеини при определени клетъчни плътности. Бактериалните клетки произвеждат малки хормоноподобни молекули, известни като молекули ацил-хомосерин лактон (AHL) и играят роля в сигналната система, поради което са известни като сигнални молекули [262]. Тези молекули се приемат от други бактерии като част от тяхната сигнална система, известна като QS. Бактериалните клетки съдържат много различни протеини, един от тях AHL синтаза, който произвежда AHL молекули, които се екскретират извън клетката в определени концентрации и се свързват с QS рецепторите [262]. Тези рецептори инициират транскрипцията на различни гени. QS контролира различни важни характеристики в бактериите: вирулентност, подвижност, растеж, биофилм, протеази и еластаза, наред с други, което го прави стълб в повечето бактериални характеристики [263]. Тази сигнализираща молекула е съставена от два основни компонента: един хомосеринов лактонов пръстен и странична верига на мастна киселина, известна също като ацилова верига [264]. Антивирулентните лекарства могат да се използват самостоятелно или в комбинация с антибиотици и тяхната цел, за разлика от антибиотиците, не е да убият бактериите, а да предотвратят или потиснат способността им да причинят инфекция [265]. Тяхната висока специфичност към патогена обяснява по-малко неблагоприятни реакции върху микробиотата на гостоприемника и по-слаб селективен натиск за лекарствена резистентност [266]. 

9.2. Ограничения

Доказано е, че резистентността към QS терапиите може да възникне от мутацията на гените, кодиращи ефлуксните помпи. Моделите in silico биха могли да бъдат потенциално решение на тази развиваща се резистентност [271]. Доказано е, че QS терапията оказва влияние върху човешкото здраве, страничните ефекти включват модулиране на метаболитната активност на микробиотата [272], но също така действа като хемоатрактант за неутрофилите. Освен това е доказано, че индуцира провъзпалителни и проапоптотични отговори в еукариотните клетки [273]. Това може да доведе до обостряне на провъзпалителните реакции след употребата на QS инхибитори. Освен това крайните резултати от QS терапията изглежда зависят от редица причини, включително имунния статус на заразения пациент, патогенния потенциал на щама на бактериите и околната средаусловия, преобладаващи по време на инфекцията [274]. Целта на антивирулентните терапии вече е известна и характеризирана. Скринингът на търговски библиотеки с лекарства позволява ускоряване на откриването на молекули с добри фармакологични свойства, които ще помогнат за решаването на нарастващия проблем с мултирезистентните бактерии.

Днес започва нова ера с дългоочакваното нарастващо изследване нанов анти-инфекциозни подходисрещу MDR бактерии. Тези терапевтични подходи определено са aмощен неантибиотичен вариант за ограничаване на огромното увеличение нарезистентни на антибиотици бактериичепред които сме изправени в днешно време. Не може да се отрече, че механизмите на действие на тези терапииса сложни за уточняване и товаклинични изпитванияне са достатъчно пълни за предоставяневалидна и кратка информация. Въпреки това, всички усилия, положени за извършване на тези лечения като aклиничната рутина трябва да се извършва с повишено вниманиесъобразяване с ефективносттаи безопасност навсяка терапия. В крайна сметка се убеждаваме, че знанието и владеенето на съпротиватамоделите и механизмите на действие ще позволят на клиницистите давсе повече стимулират антимикробнителечениекъм индивидуализиран ипрецизен медицински подход. 

Авторски принос:Концептуализация, МК-Х.; всички автори участваха в писането - оригиналподготовка на проект; писане – преглед и редактиране, HAM, RB (Rachid Benmessaoud), HY, LS, HGA, MH, RB (Rihabe Boussettine), NF-A., FAL, ID, MME и MK-H.; надзор,MK-H. и MME Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране:Това изследване не получи външно финансиране. Таксата за обработка на статията (APC) се заплаща отМохамед VI Университет по здравни науки (UM6SS).

Конфликти на интереси:Авторите декларират липса на конфликт на интереси. Финансиращите нямат никаква роля в дизайнана изследването; при събирането, анализите или тълкуването на данни; в писането на ръкописа, илив решението за публикуване на резултатите.

Препратки

1. Чаула, М.; Verma, J.; Гупта, Р.; Das, B. Антибиотични потенциатори срещу мултирезистентни бактерии: Откриване, развитие и клинично значение.Отпред. Microbiol.2022, 13, 887251. [КросРеф] [ПубМед] 

2. Ли, X.; Хей.; Wang, Z.; Wei, J.; Ху, Т.; Si, J.; Тао, Г.; Джан, Л.; Xie, L.; Абдала, АЕ; et al. Комбинирана терапия от фаги и антибиотици: Две са по-добри от една.Вътр. J. Biol. Sci.2021, 17, 3573–3582. [КросРеф] [ПубМед] 

3. Лин, Дж.; Du, F.; Лонг, М.; Li, P. Ограничения на фаговата терапия и съответните стратегии за оптимизация: Преглед.Молекули2022, 27, 1857. [КросРеф] [PubMed] 

4. Коутс, А.; Hu, Y.; Холт, Дж.; Yeh, P. Антибиотична комбинирана терапия срещу резистентни бактериални инфекции: синергия, подмладяване и намаляване на резистентността.Expert Rev. Anti-infective Ther.2020, 18, 5–15. [КросРеф] [ПубМед] 

5. О'Нийл, Дж.Справяне с резистентните към лекарства инфекции в световен мащаб: окончателен доклад и препоръки; Правителство на Обединеното кралство: Лондон, Великобритания, 2016 г.

6. Зиман, А.; Жórski, A.; Mi ˛edzybrodzki, R. Фагова терапия на инфекции, свързани с раната.Folia Microbiol.2022, 67, 193–201. [КросРеф]

7. Джерниган, JA; Хатфифийлд, KM; Wolford, H.; Нелсън, RE; Олубахо, Б.; Реди, SC; Маккарти, Н.; Пол, П.; Макдоналд, LC; Кален, А.; et al. Мултирезистентни бактериални инфекции при хоспитализирани пациенти в САЩ, 2012–2017 г.Нов англ. J. Med.2020, 382, 1309–1319. [КросРеф] 

8. Адебиси, Я.А.; Alaran, AJ; Окереке, М.; Оке, GI; Амос, OA; Olaoye, OC; Oladunjoye, I.; Olanrewaju, AY; Ukor, NA; Lucero-Prisno, DE COVID-19 и антимикробна резистентност: преглед.заразявам. дис. Рез. лечение.2021, 14, 11786337211033870. [КросРеф] 

9. Hsu, J. Как covid-19 ускорява заплахата от антимикробна резистентност.BMJ2020, 369, m1983. [КросРеф]