Když do sklenice oblíbeného letního nápoje nalijete horkou vodu, všechen led se rozpustí. Obdobně funguje nově zkoumané antibiotikum AMC-109, které rozpouští funkční ostrůvky v bakteriální buněčné membráně, jak zjistila biofyzička Adéla Melcrová. „Je to zcela nový ‚univerzální‘ mechanismus účinku. Řada antibiotik umí do membrány udělat díry nebo útočí na nějaký specifický cíl, čemuž se bakterie naučí velmi rychle bránit a vyvinou si proti tomu odolnost,“ vysvětluje vědkyně.

Právě rostoucí rezistence bakterií na antibiotika patří podle Světové zdravotnické organizace mezi deset největších zdravotních hrozeb současnosti. Vědecké týmy po celém světě proto usilovně hledají způsob, jak zabránit tomu, že se obyčejná operace slepého střeva nebo porod císařským řezem stanou život ohrožujícími.

Jak to vlastně funguje?

Antibiotikum AMC-109 bylo syntetizováno již v roce 2011 na Arktické univerzitě UiT v Norsku a má velmi slibné výsledky v laboratoři i v klinických studiích – brzy bude podáváno pacientům ve třetí fázi klinického testování. Doposud se ale nevědělo, jak přesně funguje.

„Vždycky mě zajímaly buněčné membrány a povrchy buněk obecně. Zároveň jsem věděla, že bych se chtěla věnovat vědě s klinickým přesahem – výzkumům, jejichž výsledky mohou pomáhat lidem. Proto jsem se zaměřila na antibiotika,“ vzpomíná Adéla Melcrová, která aktuálně působí na univerzitě v nizozemském Groningenu.

Zdroj: z publikace Adély Melcrové – et al. 2023, Nature Communications

V odborné literatuře ji zaujalo právě zmíněné antibiotikum, které funguje i proti vysoce rezistentním bakteriím, jako je například obávaný zlatý stafylokok rezistentní vůči meticilinu, takzvaná nákaza MRSA. „Zajímal mě přesný mechanismus účinku a k mému velkému překvapení jsem zjistila, že to nevíme,“ vzpomíná, jak se zrodila myšlenka celého projektu.

Biofyzika v akci

„Tím, že jsem biofyzička, napadají mě úplně jiné otázky než mikrobiology nebo lékaře,“ říká Melcrová, která to považuje za klíčovou výhodu. Porozumění mechanismu účinku na atomární úrovni totiž přináší zásadní poznatky pro další výzkumy. „Když přesně víme, jak to funguje, můžeme hledat nové strategie nebo vylepšovat vlastnosti nově vyvíjených antibiotik,“ říká vědkyně, která ve spolupráci s mikrobiology a výpočetními fyziky odhalila zcela nový molekulární mechanismus boje proti bakteriálním infekcím.

„Bakteriální membránu si lze představit jako moře, ve kterém plavou ledové kry. Každá kra má určitou funkci, nejčastěji informační nebo stavební. Pokud je antibiotikem rozpustíme, bakterie ztratí rozhodovací schopnosti a schopnost stavět svoji vnější bariéru a umírá,“ přirovnává Melcrová.

Zdroj: z publikace Adély Melcrové – et al. 2023, Nature Communications

Unikátní vlastností zkoumaného antibiotika AMC-109 je také to, že si na něj podle dosavadních výsledků bakterie neumějí vyvinout rezistenci. „Nejspíše je to tím, že cílí na skutečně univerzální a základní stavební kameny bakteriální membrány,“ míní biofyzička Melcrová.

Žádoucí shluky

Čtyřletý výzkum přinesl i řadu dalších překvapení. „Zjistili jsme, že antibiotikum přirozeně tvoří shluky – kuličky složené z několika molekul antibiotika, díky čemuž je tak účinné a specificky útočí pouze na bakteriální buňky a lidských si nevšímá,“ vysvětluje biofyzička. Důvodem je rozdílný elektrický náboj membrán, který vede k tomu, že antibiotikum nemá vedlejší účinky. Tvorba shluků je přitom pohledem lékařů většinou nežádoucí a nechtěnou vlastností. „Proteinové shluky jsou příčinou řady nemocí, jako jsou Alzheimerova, Parkinsonova nebo Huntingtonova choroba. V tomto případě je to ale přesně naopak,“ říká Melcrová.

Zdroj: z publikace Adély Melcrové – et al. 2023, Nature Communications

Pomocí speciální mikroskopie také poprvé pozorovali membránové domény, které jsou pro běžné optické mikroskopy příliš malé, a tedy neviditelné. „Když jsme v bakteriální membráně uviděli pohybující se tečky, nejdříve jsme vůbec nevěděli, co by to mohlo být,“ vzpomíná vědkyně. Odpověď našli v literatuře i pomocí dalších experimentů, především počítačového modelování, na kterém Adéla Melcrová spolupracovala s manželem biofyzikem. Jaké to bylo? „Manželství naštěstí přežilo bez úhony, ale další vědeckou spolupráci aktuálně neplánujeme,“ konstatuje. „To nejen proto, že jsme se museli naučit oddělovat pracovní a soukromý život, ale především proto, že manžel opustil prostředí akademie a založil startup, kde se věnuje využití počítačových simulací pro výběr léčiv na rakovinu,“ říká vědkyně, jež ve výzkumech účinků antibiotik na bakteriální membrány pokračuje.

„Vždy vás napadají další výzkumné otázky, chcete získat další poznatky, ale v jeden moment musíte udělat pomyslnou tečku, výsledky publikovat a pokračovat další studií,“ říká. V nejbližším projektu chce objasnit, zda by antibiotikum AMC-109 mohlo navrátit funkci antibiotikům, která dnes na bakteriální infekce nezabírají. „Zatím je to pouze hypotéza, kterou bude potřeba pečlivě ověřit, ale AMC-109 by mohlo podporovat účinek dnes dostupných antibiotik a snižovat bakteriální rezistenci na ně.“ 

Jak bojovat s antibiotickou rezistencí?

• Omezit spotřebu antibiotik především v zemědělství a veterinárním lékařství.

• Nepoužívat antibiotika zbytečně – například na obyčejnou chřipku a další virová onemocnění.

• Hledat nová antibiotika v přírodě, ale i vyvíjet nové molekuly v laboratoři. Dnes při tom stále častěji pomáhá umělá inteligence.

• Hledat zcela nové mechanismy účinku jako například výzkum Adély Melcrové. Zkoumá se třeba i využití takzvaných bakteriofágů – virů, které specificky napadají pouze bakterie.

Autorka je stálou spolupracovnicí redakce, působí na Univerzitě Karlově