Antibiyotiklerin doğasında bir uyarı var: Aşırı kullanıldığında bakteriler bu ilaçlara karşı direnç geliştirebilir. Dünya Sağlık Örgütü, bu süper mikropların 2019’da dünya çapında 1,27 milyon ölüme neden olduğunu ve muhtemelen önümüzdeki yıllarda küresel halk sağlığına yönelik giderek artan bir tehdit haline geleceğini tahmin ediyor.
Hem antibiyotiklerin hem de antibiyotik olmayan ilaçların yeni kullanım yollarını araştıran bilim insanları farklı ilaçlar arasındaki benzerlikleri ortaya çıkaran bir makine öğrenimi algoritması geliştirdi. Bu sayede ilaçlar, mutasyona uğramış bakterileri nasıl etkilediklerine göre gruplara ayrıldı.
Araştırmalar , kanser, diyabet ve depresyon tedavisinde kullanılan ilaçlar gibi normalde antibiyotik olarak reçete edilmeyen ilaçların neredeyse dörtte birinin , insanlar için reçete edilen dozlarda bakterileri öldürebildiğini buldu .
NATURE / Extensive impact of non-antibiotic drugs on human gut bacteria
Bazı ilaçların bakteriler için nasıl toksik olduğunun altında yatan mekanizmaları anlamak, tıp açısından geniş kapsamlı sonuçlara sahip olabilir. Antibiyotik olmayan ilaçlar bakterileri standart antibiyotiklerden farklı yollarla hedef alırsa, yeni antibiyotiklerin geliştirilmesinde öncü rol oynayabilirler. Ancak antibiyotik olmayanlar bakterileri bilinen antibiyotiklere benzer yollarla öldürürse, kronik hastalıkların tedavisinde olduğu gibi uzun süreli kullanımları yanlışlıkla antibiyotik direncini arttırabilir.
Yakın zamanda yayınlanan araştırmamızda meslektaşlarım ve ben, yalnızca antibiyotik olmayanların bakterileri nasıl öldürdüğünü belirlemekle kalmayıp aynı zamanda antibiyotikler için yeni bakteriyel hedefler bulmaya da yardımcı olabilecek yeni bir makine öğrenimi yöntemi geliştirdik.
Bakterileri öldürmenin yeni yolları
Ben ve UMass Chan Tıp Fakültesi’ndeki Mitchell Laboratuvarı’ndaki meslektaşlarım da dahil olmak üzere dünya çapında çok sayıda bilim insanı ve doktor ilaca direnç sorunuyla mücadele ediyor . Hangi mutasyonların bakterileri ilaçlara karşı daha dirençli veya daha duyarlı hale getirdiğini araştırmak için bakteri genetiğini kullanıyoruz.
Ekibim ve ben, antibiyotik olmayan maddelerin yaygın antibakteriyel aktivitesini öğrendiğimizde, bunun yarattığı zorluklarla meşgul olduk: Bu ilaçların bakterileri nasıl öldürdüğünü bulmak.
Bu soruyu cevaplamak için, meslektaşlarımın yakın zamanda antikanser ilaçlarının bakterileri nasıl hedef aldığını incelemek için geliştirdiği bir genetik tarama tekniğini kullandım . Bu yöntem, bakteriler mutasyona uğradığında hangi spesifik genlerin ve hücresel süreçlerin değiştiğini tanımlar. Bu değişikliklerin bakterilerin hayatta kalmasını nasıl etkilediğini izlemek, araştırmacıların bu ilaçların bakterileri öldürmek için kullandığı mekanizmaları anlamalarına olanak tanır.
200 ilaç ve binlerce mutant bakteri arasında neredeyse 2 milyon toksisite örneğini topladım ve analiz ettim. Farklı ilaçlar arasındaki benzerlikleri ortaya çıkarmak için geliştirdiğim bir makine öğrenimi algoritmasını kullanarak , ilaçları, mutant bakterileri nasıl etkilediklerine göre bir ağda gruplandırdım.
Haritalarım, bilinen antibiyotiklerin, bilinen öldürme mekanizmaları sınıflarına göre sıkı bir şekilde gruplandırıldığını açıkça gösterdi. Örneğin, hücre duvarını (bakteri hücrelerini çevreleyen kalın koruyucu tabaka) hedef alan tüm antibiyotikler bir arada gruplandırılmış ve bakterilerin DNA replikasyonuna müdahale eden antibiyotiklerden iyi bir şekilde ayrılmıştır.
Şaşırtıcı bir şekilde, analizime antibiyotik olmayan ilaçları eklediğimde, bunların antibiyotiklerden ayrı merkezler oluşturduğunu gördüm. Bu, antibiyotik olmayan ve antibiyotik ilaçların bakteri hücrelerini öldürmede farklı yollara sahip olduğunu gösterir. Bu gruplamalar her ilacın antibiyotikleri spesifik olarak nasıl öldürdüğünü ortaya çıkarmasa da, bir araya getirilenlerin muhtemelen benzer şekilde çalıştığını gösteriyor.
Bulmacanın son parçası (bakterilerde onları öldürecek yeni ilaç hedefleri bulup bulamayacağımız) meslektaşım Carmen Li’nin araştırmasından geldi . Normalde anksiyete, parazit enfeksiyonları ve kanseri tedavi etmek için reçete edilen farklı antibiyotik olmayan ilaçlara maruz kalan yüzlerce nesil bakteri yetiştirdi. Bu ilaçların varlığına evrimleşen ve adapte olan bakterilerin genomlarının dizilenmesi, parazit enfeksiyonlarını tedavi etmek için kullanılan bir ilaç olan triklabendazolün bakterileri öldürmeyi hedeflediği spesifik bakteri proteinini belirlememize olanak sağladı. Daha da önemlisi, mevcut antibiyotikler genellikle bu proteini hedef almıyor.
Ek olarak, triklabendazol ile benzer mekanizmayı kullanan diğer iki antibiyotik olmayan maddenin de aynı proteini hedeflediğini bulduk. Bu, ilaç benzerlik haritalarımın, benzer öldürme mekanizmalarına sahip ilaçları, bu mekanizma henüz bilinmediğinde bile belirleme gücünü gösterdi.
