עם עמידות לאנטיביוטיקה בעיה הולכת וגוברת, חוקרים מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וירג'יניה פיתחו מודלים ממוחשבים חדישים שיכולים להעניק לתרופות הנלחמות במחלות דיוק דמוי לייזר כדי להתמקד רק בחיידקים ספציפיים בחלקים ספציפיים בגוף.
כפי שזה נראה, אנטיביוטיקה הורגת חיידקים ללא הבחנה. מכיוון שהתרופות נמצאות בשימוש כה נרחב, מספר גדל והולך של חרקים מסוכנים גדלים עמידים, ומאיימים על אחד מכלי הנשק החשובים ביותר של הרפואה המודרנית נגד מחלות.
הגישה החדשה של UVA, לעומת זאת, תגביל באופן דרמטי את תדירות החשיפה של חיידקים לאנטיביוטיקה, ותפחית את הסיכוי שהם עלולים להיות עמידים לאנטיביוטיקה. יתר על כן, הגישה תהווה צעד משמעותי קדימה עבור רפואה מדויקת, המאפשרת לרופאים להתאים טוב יותר את הטיפולים לצרכי המטופלים האישיים. במקום לקחת אנטיביוטיקה שהורגת חיידקים ללא קשר אם מועילה או מזיקה, ניתן לתת למטופלים אנטיביוטיקה המכוונת לחיידקים ספציפיים הגורמים לבעיה ספציפית באזור מסוים בגוף.
אתגרים ביו-רפואיים רבים הם מורכבים להפליא, ומודלים ממוחשבים מופיעים ככלי רב עוצמה להתמודדות עם בעיות כאלה. אנו מקווים שמודלים ממוחשבים אלה של הרשתות המולקולריות בחיידקים יעזרו לנו לפתח אסטרטגיות חדשות לטיפול בזיהומים".
ג'ייסון פאפין, דוקטורט, חוקר, המחלקה להנדסה ביו-רפואית, אוניברסיטת וירג'יניה
אנטיביוטיקה ממוקדת יותר
הגישה החדשה של UVA התאפשרה הודות למאמץ רב של Papin, סטודנטית לדוקטורט אמה גלס ומשתפי הפעולה שלהם. בעבודה עם אנדרו וורן, PhD, ממכון הביומורכבות של UVA, החוקרים במעבדה של Papin פיתחו מודלים ממוחשבים מתוחכמים של כל פתוגן חיידקי אנושי עם מספיק מידע גנטי זמין.
לאחר מכן ניתחה גלאס את כל המודלים הללו וזיהתה תכונות משותפות בין החיידקים. ניתוח זה הניב את הגילוי שחיידקים בחלקים מסוימים בגוף, כמו הקיבה, נטו לחלוק תכונות מטבוליות. בעצם, המקום בו הם חיים מעצב את אופן פעולתם.
"באמצעות מודלים ממוחשבים שלנו מצאנו שלחיידקים החיים בקיבה יש תכונות ייחודיות", אמר גלאס. "אפשר להשתמש במאפיינים אלה כדי להנחות את התכנון של אנטיביוטיקה ממוקדת, אשר בתקווה עשויה יום אחד להאט את הופעתן של זיהומים עמידים."
הדמיון המשותף בין החיידקים במקומות שונים יכול להיות עקב אכילס לחיידקים מזיקים בגופנו. עם מחקר נוסף, רופאים עשויים להיות מסוגלים למקד סוגים ספציפיים של חיידקים באזורים ספציפיים, ולהפחית את הצורך באנטיביוטיקה רחבת טווח.
כשהם מעמידים את גישת המודלים הממוחשבים שלהם למבחן, פאפין וצוותו כבר גילו שהם יכולים לעכב את הצמיחה של פשפשי קיבה מזיקים בניסויי מעבדה. זה סימן מבטיח לפוטנציאל העתידי של גישת המודלים הממוחשבים שלהם.
"יש לנו עוד הרבה מה לעשות כדי לבדוק את הרעיונות האלה עבור חיידקים וסוגי זיהומים אחרים", אמר פאפין. "אבל העבודה הזו מראה את ההבטחה המדהימה של מדעי נתונים ומודלים ממוחשבים להתמודדות עם כמה מהבעיות החשובות ביותר במחקר ביו-רפואי."