זיהוי מהיר של חיידקים מסוימים מאפשר לייעל אופטימיזציה של טיפולים אנטיביוטיים. צוות מאוניברסיטת ציריך, הנתמך על ידי ה- SNSF, פיתח מולקולות לאיתור ולתפוס מינים מסוימים.
גילוי האנטיביוטיקה חולל מהפכה ברפואה במאה העשרים, והציל אינספור חיים. עם זאת, הופעתם של חיידקים עמידים הפכה במהרה לאתגר חדש. גורם מפתח אחד בהתמודדות עם סוגיה זו הוא היכולת לאתר את החיידקים הגורמים לזיהום. זה מאפשר לספקי שירותי הבריאות להשתמש באנטיביוטיקה ממוקדת ויעילה ולהפחית את הסיכון לצורות חדשות של פיתוח התנגדות.
בתמיכת הקרן הלאומית לשוויץ '(SNSF), מדענים פיתחו מולקולות לגילוי חיידקים מסוימים במהירות מבעבר. המחקר שלהם פורסם לאחרונה בכתב העת Communications Biology. מולקולות אלה מסללות את הדרך לשיטות אבחון רפואיות מואצות, במיוחד – אך לא רק – במקרים של זיהומים בזרם הדם. "המולקולות המפותחות משמשות כבר בשותפות עם הסטארט-אפ של ציריך RQMicro, המספק כלים לפקח על איכות המים", אומר מרקוס סיגר, הביוכימאי שהוביל את המחקר הזה במכון המיקרוביולוגיה הרפואית של אוניברסיטת ציריך.
מזרז אבחנות מסוימות
"במירוץ שבין התפתחות חיידקים עמידים להתפתחות אנטיביוטיקה חדשה, איננו עומדים בסיכוי. חיידקים היו במלחמה עם וירוסים במשך מיליוני שנים ומשמשים להתפתחות כדי להימלט מסכנות חדשות", אומר החוקר. הפיתרון היחיד שיש לנו כיום הוא להשתמש באנטיביוטיקה ביעילות ובמשורה. זה מונע מחיידקים להיחשף ללא הרף לשאריות או עקבות של אנטיביוטיקה בסביבתם, כך שכאשר משתמשים באנטיביוטיקה לטיפול, הם עדיין יעילים להרוג את החיידקים. אסטרטגיה זו דורשת אבחנות רפואיות מהירות ומדויקות ככל האפשר. עם זאת, שיטות זיהוי מסורתיות לוקחות זמן. הם כוללים איסוף חיידקים מהמטופל ואז מגדילים אותם עד שיש מספיק כדי לבצע ניתוחים מפורטים. שלב הגידול יכול לארוך עד 12 שעות עבור מינים מסוימים, לפעמים ארוכים יותר. לאחר מכן הניתוחים אורכים שעתיים נוספות. מרקוס סיגר וצוותו מחפשים להאיץ את התהליך הזה: "הרעיון שלנו הוא לאתר חיידקים מסוימים מהר יותר, אפילו במספרים קטנים, על ידי מתן צבעים ספציפיים. אנו שואפים לתפוס אותם ישירות בדם כדי להגביר את צפיפותם ולנתח אותם במהירות רבה יותר". גישה זו אינה מספקת אבחנה חותכת, אך פירוש הדבר שנוכל לאשר מהר יותר מאשר בשיטות מסורתיות אם קיימים חיידקים מסוימים. זה חוסך זמן יקר, במיוחד במקרים של זיהומים בזרם הדם בעת ההמתנה של יום או יומיים לניתוחים מפורטים עשויים שלא להיות בר ביצוע.
צוותו של מרקוס סיגר התרכז בגילוי החיידקים Escherichia coli (E. coli), הקשור לרוב לזיהומים בדרכי השתן ולזיהומים בזרם הדם. בנוסף, שיעורי ההתנגדות למין חיידקים זה עלו בשוויץ בין 2004 ל 2024, ועלו פי ארבעה עבור סוגים מסוימים של אנטיביוטיקה. "לדעת אם זיהום כרוך באשריצ'יה קולי או משהו אחר הוא כבר בסיס טוב עליו לקבל החלטה ראשונית לגבי טיפול לניהול", אומר הביוכימאי. למעשה, הכלים שפותחו על ידי צוותו היו חוסכים כשש שעות של שתים עשרה הדרושות לאבחון מסורתי.
לחדור ל"ג'ונגל הסוכרים "
מרקוס סיגר וצוותו נאלצו לפתור שתי בעיות כדי לתפוס את Escherichia coli. מצד אחד הם היו צריכים למצוא את הפיתיון הנכון, כלומר אלמנט ספציפי המשותף לכל חיידקי הקולי של Escherichia. מצד שני, החוקר מודה שהוא "העריך את המורכבות של ג'ונגל הסוכרים המשמש כמחסום סביב החיידקים." הג'ונגל הזה כל כך צפוף, עד כי מעט מולקולות יכולות לחדור אליו.
כקרס, המדענים בחרו בנוגדנים מיניאטוריים, המכונה ננו -בודיות. הגודל הקטן שלהם מאפשר להם לעבור בקלות בין ענפי הסוכר. הם גם יציבים יותר מאשר נוגדנים קונבנציונליים, כלומר הם נשארים פונקציונליים לתקופות ארוכות יותר בטמפרטורת החדר. זהו מרכיב מרכזי להשגת כלי איתור שניתן להעביר ולאחסן מבלי שתצטרך לדאוג לשרשראות קרה. הצוות חיפש במאגר בינלאומי ופנקס חיידקים שהתגלה בבתי חולים שוויצרים. על ידי ניתוח הגנום של חיידקי הקולי -קולי של Escherichia המוקלטים, זוהה חלבון – OMPA – שצורה ספציפית שלו נמצאת רק ב- Escherichia coli. לאחר מכן הקבוצה פיתחה ננו -בודיות המסוגלות לאתר גרסה זו של OMPA בצורה ממוקדת ויעילה בקרב למעלה מ- 90 אחוז מחברי המינים. הננו -בודיות מתפקדות כמו וו הלוכד באופן ספציפי חיידקי Escherichia coli.
פירושו של פיתרון זה ניתן לצבוע חיידקים אך לא לתפוס אותם. כפי שמסביר מרקוס סיגר, "כדי לאתר את קולי Escherichia, זה עובד טוב. אנו יכולים לצרף מולקולות צבעוניות זעירות לננו -ודיות מבלי להגדיל את גודלם באופן משמעותי. עם זאת, כדי לתפוס את החיידקים, אנו משתמשים בחרוזים מגנטיים גדולים יותר, והם לא יכולים לחדור לג'ונגל הסוכרים שמקיף את החיידקים." המדענים, אפוא, יצרו מעין חכה עבור ערכת הגילוי שלהם – חוט מולקולרי שפותח לחיבור הננו -בודיות (הוו) לחרוזים המגנטיים שנחסמו על ידי הסוכרים (הידית).
כעת יש לנו כלי לגילוי ולכידת Escherichia coli. אני מקווה שנוכל ליישם זאת בהצלחה באבחון קליני. אנו כבר משתמשים בו לניתוחים סביבתיים. "
מרקוס סיגר, ביוכימאי
