Ny kemi anvendt på produktionen af antibiotika skal dæmme op for, at verden lige nu er ved at blive sat 90 år tilbage i tiden.
Dengang, hvor sygdomme som lungebetændelse, urinvejsinfektioner, tuberkulose og betændte sår var mere eller mindre umulige at kurere, når kroppens eget forsvar ikke kunne stille noget op. Man kunne altså miste livet på grund af noget så simpelt som en halsbetændelse.
At vi kan havne i sådan en misere igen, skyldes, at den revolution som ophavsmanden til verdens første antibiotikum – penicillin - Sir Alexander Fleming satte i gang, er vi ved at pulverisere.
Læs også: Nye resistente bakterier bekymrer
De antibiotika, der findes i dag, er ved at tabe kampen mod bakterierne. For over tid er bakterierne muteret. Samtidig er udviklingen af nye former for antibiotika stagneret.
Vi vover pelsen med en top-10 - inspireret af lister fra Scientific American, MIT Technology Review og vores egen udvælgelse baseret på pejlemærket bag analysefirmaet Gartners såkaldte Hype Cycle.10 teknologiske tendenser
1. Selvkørende lastbiler
2. Lidarer skrumper i pris og størrelse
3. Betalingsløsninger baseret på biometri
4. Neurale proteser genaktiverer ødelagt rygmarv
5. Nu rykker brugen af genterapi
6. Makrolider i resistens-kamp (denne artikel)
7. Kvantecomputerens vigtige milepæl
8. Metallurgi ændres måske af 3D-printer
9. Supermolekyler på samlebånd
10. Elektronernes solcelle-revolution
I dag dør 700.000 mennesker årligt, fordi penicillinen ikke kan få bugt med bakterierne. Alene i Europa dør 25.000 hvert år livet på grund af infektioner med resistente bakterier. WHO mener, at det globale tal vil stige til 10 millioner i 2050.
Det stigende problem med antibiotika-resistens knytter sig til et overforbrug af antibiotika. Men ny forskning kan muligvis sætte kapløbet mod antibiotika-resistens på en tiltrængt standby. Forskere fra Harvard University og Boston University har med en ny metode formået at lave antibiotika helt fra bunden af med otte nye kemiske byggeklodser.
En stor bedrift
De nye variationsmuligheder kan lede til udviklingen af hundredvis af nye former for antibiotika.
»Disse nye sammensætninger kan skabes med færre processer end tidligere muligt,« lyder det fra Andrew G. Myers, professor i kemi ved Harvard University.
Den nye metode i udviklingen og den såkaldte syntetisering af antibiotika knytter sig til makrolider.
Makrolider er en klasse af antibiotika, som virker på stort set de samme bakterietyper som smalspektrede penicilliner. De bruges ved penicillinallergi. Makrolider er også virksomme mod klamydia og gonoré, mykoplasma- og legionellabakterier.
»Der har tidligere været synteser af visse makrolider, men det er selvfølgelig en stor bedrift, at Meyers og hans kolleger har har udviklet en ny generel syntese af makrolider,« siger Jørn Bolstad Christensen, lektor ved kemisk institut hos Københavns Universitet.
Læs også: Resistente bakterier kom før antibiotika
Traditionelt har man lavet antibiotika ved at tage bakterier ind fra naturen og dyrke dem i laboratoriet. Det kan man dog kun gøre med én procent af alle bakterier, for 99 procent kan ikke dyrkes i et laboratorium. Samtidig er problemet med makrolider, at denne antibiotika afhænger af stoffet erythromycin udvundet i 1952 fra bakterien saccharopolyspora erythraea.
Til dags dato har alle former for makrolid-antibiotika været produceret via kemisk modificering, såkaldt semisyntese, af erythromycin produceret via fermentering.
60 års hovedbrud
Så i over 60 år har forskerne brudt deres hoveder med at modificere og skabe nye afarter og variationer af makrolider på baggrund af erythromycin. I kemi er der altså tale om kemisk syntese, det er en målbevidst udførelse af kemiske reaktioner for at opnå et eller flere produkter. Syntesen sker gennem fysiske og kemiske manipulationer, som normalt indeholder en eller flere reaktioner.
Syntesemulighederne i forbindelse med antibiotika indsnævres så af at nye, forskelligartede makrolider hviler på denne ene byggeklods, erythromycin. Forskerne har altså været oppe imod en skrap begrænsning, når de skal frembringe nye komplekse sammensætninger.
Men ved at tage udgangspunkt i modificerede industri-kemikalier er det lykkedes forskerne fra Harvard og Boston at skabe otte forskellige byggeklodser, der kan fungere som udgangspunktet for syntetiseringen af nye former for makrolider.
Andrew G. Myers fra Harvard udlægger processen som var der tale om otte forskellige fabrikker, der skal producere komponenter til én mobiltelefon. Fordi hver komponent fremstilles separat er det nemt at lave ændringer til hver enkelt del og dermed lave tusindvis af variationer.
Når en bakterie udsættes for antibiotika vil den forsøge at forsvare sig ved at ændre sine gener med henblik på at udvikle modstandsdygtighed. Jo mere antibiotika, vi anvender, desto større er risikoen for udvikling af resistens. Risikoen er særlig stor ved anvendelse af bredspektret antibiotika, der angriber mange forskellige bakterier.Fakta
Mere konkret fortalt så handler modificeringen om, at makroliders kemiske opbygning består af en makrocyklisk lactonring. Lactonringen er typisk 14-, 15- eller 16-leddet. Ved at dekorere disse ringe med de modificerede industri-kemikalier har forskerne kunne skabe de otte forskellige byggeklodser og dermed åbne op for flere variationer af makrolider.
Fra 300 til 800 nye kemiske forbindelser
Forskerne fra Harvard og Boston offentliggjorde først i et studie publiceret i Nature, at det var lykkedes for dem at syntetisere mere end 300 kemiske forbindelser ved at pille ved byggeklodserne i makroliderne. Nu er de nået op på over 800 nye kemiske forbindelser, men de pointerer også, at det formentlig kun er en håndfuld, der kan fungere som antibiotika, hvis alt går vel.
»En af de ting, som er yderst opmuntrende i vores data, er, at nogle af de strukturer, vi har lavet, er rettet imod bakteriestammer, der har vist sig at være resistente imod alle former for kendte makrolider,« forklarer Andrew G. Myers.
Læs også: Resistente bakterier skal under kontrol
Særligt opsigtsvækkende er, at 4 ud af de 350 sammensætninger beskrevet i Nature har i indledende tests vist sig at være effektive imod henholdsvis MRSA-bakterien og imod en anden bakterie, der ellers er resistent over for antibiotikummet vancomycin.
»Netop det antibiotika er kendt for at være den sidste udvej (på grund af dets kraftige virkninger og giftighed red.). Så hvis du er nede på grund af en bakterie, der er resistent imod vancomycin, er du i problemer,« siger Andrew G. Myers.
Han og de øvrige forskere pointerer, at der stadig venter masser af udviklingsarbejde og tests forude. Heri består de to primære udfordringer i at:
- forskerne skal forvisse sig om, at denne form for nye makrolider er sikre at anvende på mennesker.
- vi skal have mere viden om, hvorvidt bakterierne udvikler resistens over disse makrolider i samme tempo som ved de traditionelle makrolider.
Jørn Bolstad Christensen, lektor ved kemisk institut hos Københavns Universitet, fremhæver tillige, at forskningen er spændende, men det er vigtigt, at vi husker alle forbehold ved denne potentielt nye form at producere antibiotika på.
»Ud over almindelig toksicitet kan der være andre bivirkninger. For eksempel er det kendt at visse makrolider kan forårsage høretab i mennesker,« siger Jørn Bolstad Christensen.
Det er heller ikke givet, at bakterierne ikke vil udvikle resistens over for nye makrolider. Jørn Bolstad Christensen nævner Linezolid, der var det første oxazolidinon-baserede antibiotika og fuldt syntetisk. Her kom første rapport om resistens et år efter introduktionen på markedet.
»Problemet med fuldsyntetiske makrolider er fremstillingen af dem. De naturlige kan produceres ved fermentering, hvorimod en mangetrins syntese kan blive kostbar. Her kan man eksempelvis se på det fantastiske arbejde, som en gruppe på Novartis lavede med syntesen af anticancer-stoffet Discodermolid, der dog fejlede på grund af for stor giftighed,« fortæller Jørn Bolstad Christensen.
Gennembrud: Teknisk set nu - men det overordnede perspektiv i form af klinisk godkendte nye former for antibiotika mod resistente bakterier lader stadig vente på sig
Centrale aktører: Ian B. Seiple, Ziyang Zhang, Pavol Jakubec, Audrey Langlois-Mercier, Peter M. Wright, Daniel T. Hog, Kazuo Yabu, Senkara Rao Allu, Takehiro Fukuzaki, Peter N. Carlsen, Yoshiaki Kitamura, Xiang Zhou, Matthew L. Condakes, Filip T. Szczypiński, William D. Green og Andrew G. Myers.
Traditionelt set kæmpes der på tre fronter i kampen mod resistente bakterier. Se de tre metoder her:
