کشف ابزار مقابله با ابرمیکروب‌ها در اعماق بیابان
در شمال چین، جایی که بیابان گبی به فلات تبت می‌رسد، گستره وسیعی از تپه‌های شنی، کوه‌ها و صخره‌های عریان وجود دارد. زمستان‌ها در این‌جا طولانی و سخت است و دمای آن به کمتر از منفی ۲۵ درجه سانتیگراد می‌رسد و بارندگی چنان کم است که فقط گونه‌هایی می‌توانند زنده بمانند که به‌خوبی با این شرایط سازگار شده باشند.
برای دهه‌ها، پژوهشگران در این منطقه به‌دنبال حیاتی بوده‌اند که بتواند در این محیط سخت و نامساعد دوام بیاورد. اخیراً آن‌ها به‌دنبال چیز خاصی بوده‌اند. دانشمندان بر این باورند که موجوداتی که در محیط‌های بسیار نامساعد زندگی می‌کنند، می‌توانند به مبارزه با تهدید فوری و درحال رشد باکتری‌های مقاوم دربرابر آنتی‌بیوتیک‌ها کمک کنند.
طبق تخمین اولین ارزیابی جامع از تأثیر عفونت‌های باکتریایی مقاوم دربرابر درمان که اوایل امسال منتشر شد، باکتری‌های مقاوم به دارو در سال ۲۰۱۹ به‌طور مستقیم موجب مرگ بیش از یک میلیون نفر شده‌اند و در مرگ چند میلیون نفر دیگر نیز نقش داشته‌اند.
یکی از راه‌های مقابله با این تهدید، پیدا کردن آنتی‌بیوتیک‌های جدید است (موادی که باکتری‌ها شانسی برای مقاوم شدن دربرابر آن نداشته باشند) و خود باکتری‌ها منبع خوبی از آن‌ها هستند.
بسیاری از داروهایی که امروزه استفاده می‌کنیم، موادی هستند که باکتری‌ها برای محافظت از خود دربرابر میکروب‌های دیگر تولید می‌کنند. بنابراین، پژوهش‌های زیادی روی پیدا کردن باکتری‌های جدید با خواص ضدمیکروبی تمرکز دارند. ازاین‌رو، دانشمندان به سراغ بیابان رفته‌اند. پل دایسون، میکروب‌شناس دانشکده پزشکی دانشگاه سوانزی در بریتانیا می‌گوید: «این ایده وجود دارد که هرچه شرایط نامساعدتر باشد، ارگانیسم‌هایی که وجود دارند مجبورند بیشتر تکامل پیدا کرده و سازگاری پیدا کنند.» طبق این تئوری، جایی که شرایط سخت به‌معنای رقابت بالا برای بقا باشد، باکتری‌هایی را پیدا می‌کنید که دفاع قوی‌تری دربرابر رقبای خود تولید می‌کنند.
در اعماق صحرا، دایسون و همکارانش از آکادمی علوم چین گونه‌ای از باکتری را کشف کرده‌اند که ویژگی خاصی دارد که می‌تواند فرایند کشف آنتی‌بیوتیک‌ها را متحول کند.
در سال ۲۰۱۳، همکاران چینی دایسون گونه‌ای از باکتری استرپتومایسس (پیچیده قارچ) را که قبلاً ناشناخته بود، در نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از جنوب بیابان گبی در منطقه‌ای به نام فلات آلشا شناسایی کردند. پس از تعیین توالی ژنوم این باکتری، آن‌ها دریافتند که باکتری جدید نه‌تنها آنتی‌بیوتیک‌هایی را تولید می‌کرد که باکتری‌های دیگر را می‌کشت، بلکه در مقایسه با گونه‌های دیگر استرپتومایسس که قبلاً شناسایی شده بودند، سرعت رشد بسیار بالاتری داشت.
توالی‌یابی همچنین نشان داد که این باکتری بیابانی دارای ژن جدیدی برای آر‌ان‌ای ناقل (tRNA) است که قبلاً هرگز دیده نشده بود. آر‌ان‌ای ناقل مولکولی است که به ارگانیسم‌ها اجازه می‌دهد مواد ژنتیکی خود را بخوانند و با انجام این کار مولکول‌های دیگری را که به آن نیاز دارند، تولید کنند. دایسون و گروهش به‌زودی متوجه شدند که ژن tRNA تازه کشف‌شده کلیدهای مولکول را روشن می‌کند که تولید آنتی‌بیوتیک را بسیار مؤثرتر از باکتری‌های معمول تولیدکننده آنتی‌بیوتیک کنترل می‌کند.
بسیاری از باکتری‌هایی که ازنظر پزشکی اهمیت دارند، به جنس استرپتومایسس تعلق دارند. این گروه شامل بیش از ۵۰۰ گونه شناخته‌شده می‌شود. استرپتومایسس‌ها درون خاک چنان فراوان هستند که مولکول‌هایی که تولید می‌کنند، همان چیزی است که بوی خاص خاک را ایجاد می‌کند. مهم‌تر اینکه، استرپتومایسس‌ها از منابع حیاتی داروها هستند. بیش از دو سوم آنتی‌بیوتیک‌های طبیعی که امروزه استفاده می‌شوند، از این گروه از باکتری‌ها گرفته می‌شوند.
بدون شک، باکتری‌های بسیار بیشتری وجود دارند که می‌توانند آنتی‌بیوتیک‌های مفید جدیدی دراختیار ما قرار دهند. اما اگر باکتری را پیدا کردید که امیدوارکننده به‌نظر می‌رسید، گام بعدی آن است که آن را وادار کنید تا مقادیر کافی از آنتی‌بیوتیک را برای تجزیه‌و‌تحلیل تولید کند و این مسئله می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
لورا پیداک، مدیر علمی مشارکت جهانی تحقیق و توسعه آنتی‌بیوتیک (GARDPI) در ژنو، می‌گوید غالباً تولید پایین مانعی بر سر راه کشف آنتی‌بیوتیک‌ها است. پیداک می‌افزاید علاوه‌بر‌این، گاهی‌اوقات باکتری پتانسیل تولید مواد مفید را دارد، اما ماشین‌آلات ژنتیکی آن خاموش است، بنابراین آنتی‌بیوتیکی ساخته نمی‌شود.
دایسون و همکارانش با دانستن این مسئله تصمیم گرفتند ژن tRNA را از باکتری بیابانی که دارای سرعت رشد بالایی بود، بگیرند و آن را به باکتری استرپتومایسس عادی که برای تولید آنتی‌بیوتیک‌های بالینی استفاده می‌شود، اضافه کنند.
فرضیه پژوهشگران آن بود که ژن باکتری دارای سرعت رشد بالا تولید آنتی‌بیوتیک را در باکتری‌های دیگر افزایش می‌دهد که دقیقاً همان چیزی بود که اتفاق افتاد. باکتری‌های اصلاح‌شده درعرض دو تا سه روز ترکیبات آنتی‌بیوتیکی را تولید کردند که تقریباً نصف زمانی است که به‌طور معمول طول می‌کشد تا گونه‌های مرسوم استرپتومایسس آنتی‌بیوتیک تولید کنند. این یافته‌ها که در مجله‌ی Nucleic Acids Research منتشر شد، می‌تواند درزمینه‌ی جست‌وجوی درمان‌های جدید بسیار مفید باشد.
اگر دانشمندان باکتری جدیدی را پیدا کنند که به‌نظر برسد چیزی را تولید می‌کند که می‌تواند به‌عنوان دارو مورد استفاده قرار گیرد، اما مقدار زیادی از آن را تولید نکند (همان‌طور که اغلب این وضعیت وجود دارد)، اکنون، ابزاری وجود دارد که می‌تواند میزان تولید آن را افزایش دهد. دایسون می‌گوید: «معتقدم که این استراتژی بسیار ساده‌ای است که باید در هر برنامه جدید کشف آنتی‌بیوتیک گنجانده شود.»
پیداک هم موافق است. او می‌گوید: «وادار کردن باکتری‌ها برای تولید حجم بیشتری از مواد آنتی‌بیوتیکی به‌شدت موردتوجه پژوهشگران این زمینه قرار خواهد گرفت و تأثیر مثبتی بر سلامت انسان خواهد داشت. این ابزار می‌تواند به پژوهشگران کمک کند تا آنتی‌بیوتیک‌های جدیدی را کشف کنند که می‌تواند اساس ساخت داروهای جدیدی برای درمان عفونت‌ها باشد.»
این خبر خوبی است، زیرا طبق تخمین بانک جهانی، مقاومت ضدمیکروبی (AMR) یکی از بزرگ‌ترین تهدیدها برای سلامتی، امنیت غذایی و توسعه است.
- مقاومت ضدمیکروبی موجب مرگ ۱۰ میلیون نفر در سال خواهد شد
- موفقیت ویروس‌های باکتری‌خوار در درمان عفونت‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک
- تهدید ناشی از مقاومت آنتی‌بیوتیکی کمتر از تهدید کووید ۱۹ نیست
براساس گزارش هشداردهنده‌ای از سازمان ملل که در سال ۲۰۱۹ منتشر شد، اگر اقدامی برای مبارزه با این ابرمیکروب‌های فراگیر انجام نشود، تا سال ۲۰۵۰، سالانه، ده میلیون نفر براثر بیماری‌های مرتبط با مقاومت دارویی جان خود را از دست خواهند داد. موضوع نگران‌کننده دیگر این است که افزایش استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها در جریان دنیاگیری کووید (برای محافظت از بیماران کووید ۱۹ دربرابر عفونت‌های ثانویه) نیز موجب افزایش مقاومت دارویی شده است.
مقاومت زمانی اتفاق می‌افتد که باکتری‌ها به‌طور مکرر درمعرض آنتی‌بیوتیک‌ها قرار گیرند و روش‌هایی برای تحمل آن‌ها تکامل دهند. این پدیده با استفاده نادرست و استفاده بیش‌از‌حد از آنتی‌بیوتیک‌ها هم در انسان‌ها و هم در دام‌ها تشدید و تسریع می‌شود: ازجمله زمانی که انسان‌ها برای مبارزه با بیماری‌های ویروسی آنتی‌بیوتیک مصرف می‌کنند (آنتی‌بیوتیک‌ها فقط دربرابر باکتری‌ها مؤثر هستند) و زمانی که برای پیشگیری از بیماری به دام‌های سالم آنتی‌بیوتیک داده می‌شود.
هاتیم ساتی، از بخش مقاومت ضدمیکروبی در سازمان جهانی بهداشت می‌گوید: «در هیچ نقطه‌ای، نمی‌توان مقاومت ضدمیکروبی را به‌طور کامل مهار کرد، زیرا پدیده‌ای طبیعی است، اما میزان و تهدید ناشی از آن را می‌توان کاهش داد و کنترل کرد.»
باکتری بیابانی دایسون یکی از گونه‌هایی است که می‌تواند کمک کند، اما گونه‌های زیاد دیگری وجود دارند که با محیط‌های نامساعد سازگار شده‌اند که و آن‌ها نیز می‌توانند راه نجاتی ارائه دهند.
چنین موجوداتی که اکستریموفیل (شدیددوست) نامیده می‌شوند، در برخی از نامساعدترین مکان‌های روی زمین شناسایی شده‌اند: آتشفشان‌های زیردریایی، اسفنج‌های اعماق دریا و درمیان شن‌های خشک‌ترین مکان روی زمین. این زیستگاه‌ها دمای بسیار بالا یا پایین، pH، فشار یا شوری شدید یا ترکیبی از همه این موارد را دارند.
چند سال پیش، دایسون عضوی از تیم دیگری بود که چندین گونه جدید از استرپتومایسس را در ارتفاعات بوهو در ایرلند شمالی در ناحیه‌ای که ازنظر تنوع زیستی معروف است، شناسایی کرد. این چشم‌انداز از سنگ آهک، تالاب‌های بسیار اسیدی و علفزارهای قلیایی تشکیل شده است و چالش‌های آن محیط منحصر‌به‌فردی را برای تکامل باکتری‌های مقاوم‌تر مهیا می‌کند.
برای قرن‌ها، این سرزمین که ۱۵۰۰ سال پیش دروئیدها در آن سکونت داشتند، شهرت عرفانی داشت و خاک آن ازنظر قدرت شفابخشی و خاصیت درمانی مشهور بود و اغلب در تنتورها و برای درمان زخم‌ها استفاده می‌شد.
جری کوئین، دانشمندی از این تیم که در بوهو زندگی کرده است، می‌گوید عموی بزرگش در این منطقه یک درمانگر محلی بود و درمان چند بیماری را دراختیار داشت. او می‌گوید: «همیشه داستان‌هایی درباره‌ی افرادی که درمان شده بودند، وجود داشت. این دارویی بود که به شکل راز از نسلی به نسل دیگر با قوانین سخت‌گیرانه منتقل می‌شد. شما نمی‌توانستید درمان را بفروشید یا فردی را که به‌دنبال درمان است، فریب بدهید و باید دقیقاً همان‌طور که به شما آموزش داده شده بود، آن را می‌ساختید.»
کوئین با یادآوری چنین روایت‌هایی به سرزمینی بازگشت که قبلاً در آن علف جمع می‌کرد و این‌بار، شروع به جمع‌آوری نمونه‌های باکتری کرد.
دانشمندان کشف کردند که یکی از سویه‌های این باکتری که آن را Streptomyces sp. myrophorea نامیدند، می‌توانست با چهار مورد از شش پاتوژن اصلی مقاوم دربرابر آنتی‌بیوتیک ازجمله MRSA (استافیلوکوک اورئوس مقاوم به متی‌سیلین) مبارزه کند.
توجه به این مسئله مهم است که کشف این میکروب‌ها مرحله اول روند طولانی ساخت داروهای آنتی‌بیوتیک جدید است. تعداد بسیار کمی از موادی که تازه کشف می‌شوند، درنهایت به دارو تبدیل می‌شوند. علت این امر سمیت آن‌ها برای انسان‌ها یا عوامل دیگر است. حتی با عبور از این موانع، سال‌ها کارآزمایی بالینی وجود خواهد داشت.
با‌این‌حال، دایسون خوش‌بین است که کلید غلبه بر مقاومت ضدمیکروبی در طبیعت وجود دارد و همچنین امیدوار است که دانشمندان به کمک ژن تازه کشف‌شده tRNA بهتر بتوانند داروهای جدید را پیدا کنند. در‌حال‌حاضر، جست‌وجوی پژوهشگران برای باکتری‌های امیدوارکننده ادامه دارد و آن‌ها همچنان در نامساعدترین محیط‌های روی زمین به جست‌وجو مشغول هستند.
