„Kliniczne poziomy antybiotyków mogą powodować stres oksydacyjny, który może prowadzić do uszkodzenia DNA, białek i lipidów w ludzkich komórkach, ale efekt ten może być złagodzony przez antyoksydanty” – powiedział dr Jim Collins, który kierował badaniami. Collins, pionier biologii syntetycznej i członek Wydziału Głównego w Instytucie Wyss, jest również William F. Warren Distinguished Professor na Uniwersytecie Bostońskim, gdzie prowadzi Centrum Biologii Syntetycznej.
Lekarze często przepisują antybiotyki swobodnie, myśląc, że szkodzą one bakteriom, pozostawiając ludzkie tkanki bez szwanku. Jednak przez lata pojawiały się doniesienia o sporadycznych skutkach ubocznych różnych antybiotyków, w tym o zapaleniu ścięgien, problemach z uszami wewnętrznymi i utratą słuchu, biegunkach, upośledzeniu funkcji nerek i innych problemach.
Collins podejrzewał, że te skutki uboczne wystąpiły, gdy antybiotyki wywołały stres oksydacyjny – stan, w którym komórki wytwarzają chemicznie reaktywne cząsteczki tlenu, które uszkadzają DNA bakterii i enzymy, jak również błonę, która otacza komórkę.
Zespół Collinsa odkrył już, że antybiotyki, które zabijają bakterie, robią to poprzez wywołanie stresu oksydacyjnego w bakteriach. Zastanawiali się, czy antybiotyki wywołują skutki uboczne poprzez wywołanie stresu oksydacyjnego w mitochondriach, organellach podobnych do bakterii, które dostarczają energię ludzkim komórkom.
Sameer Kalghatgi, Ph.D., były pracownik podoktorski w laboratorium Collinsa, który obecnie jest starszym naukowcem ds. plazmy w EP Technologies w Akron, Ohio, oraz Catherine S. Spina, kandydatka na M.D./Ph.D. na Uniwersytecie Bostońskim i badaczka w Instytucie Wyss, najpierw sprawdzili, czy kliniczne poziomy trzech antybiotyków — ciprofloksacyny, ampicyliny i kanamycyny — każdy z nich powoduje stres oksydacyjny w hodowanych ludzkich komórkach. Stwierdzili, że wszystkie te leki były bezpieczne po sześciu godzinach leczenia, ale dłuższe leczenie trwające około czterech dni powodowało nieprawidłowe funkcjonowanie mitochondriów.
Kalghatgi i Spina wykonali następnie serię testów biochemicznych, które wykazały, że te same trzy antybiotyki uszkodziły DNA, białka i lipidy hodowanych komórek ludzkich — dokładnie to, czego można by się spodziewać po stresie oksydacyjnym.
Wyniki te oznaczają, że „lekarze powinni przepisywać antybiotyki tylko wtedy, gdy są one potrzebne, a pacjenci powinni prosić o antybiotyki tylko wtedy, gdy mają poważną infekcję bakteryjną”, powiedział Collins.
Zespół leczył również myszy tymi samymi trzema antybiotykami w dawkach podobnych do tych, które pacjenci otrzymują w klinice. Długotrwałe leczenie każdym z tych trzech antybiotyków uszkodziło lipidy zwierząt i spowodowało spadek poziomu glutationu, jednego z naturalnych przeciwutleniaczy organizmu – kolejny objaw stresu oksydacyjnego.
Aby coś zmienić w klinice, naukowcy wciąż potrzebowali sposobu na zapobieganie stresowi oksydacyjnemu wywołanemu przez antybiotyki — lub sposobu na jego naprawę, gdy już wystąpi. Znaleźli jedno i drugie. Byli w stanie zapobiec stresowi oksydacyjnemu poprzez użycie antybiotyku bakteriostatycznego – antybiotyku takiego jak tetracyklina, który powstrzymuje bakterie przed namnażaniem, ale ich nie zabija. Mogliby również złagodzić stres oksydacyjny, usuwając chemicznie reaktywne cząsteczki tlenu za pomocą zatwierdzonego przez FDA antyoksydantu o nazwie N-acetylocysteina, lub NAC, który jest już stosowany w leczeniu dzieci z mukowiscydozą.
Nowe wyniki pojawiają się po dwóch innych niedawnych przełomowych odkryciach w leczeniu antybiotykami, dokonanych przez grupę Collinsa — raport w Nature pokazujący, że wirusy w jelitach, które infekują bakterie są nosicielami genów, które nadają odporność na antybiotyki, oraz inny raport w Science Translational Medicine pokazujący, że srebro może zwiększyć skuteczność wielu powszechnie stosowanych antybiotyków.
„Jim i jego zespół poruszają się z prędkością błyskawicy w kierunku odblokowania medycznych tajemnic, które stoją na drodze do bezpiecznego i skutecznego leczenia antybiotykami”, powiedział Don Ingber, M.D., Ph.D., dyrektor założyciel Instytutu Wyss. „Lekarze od lat wiedzą, że antybiotyki czasami wywołują poważne skutki uboczne, a nowe odkrycia Jima oferują nie jedną, ale dwie ekscytujące nowe strategie, które mogą rozwiązać ten długo zaniedbywany problem zdrowia publicznego.”
Następnie Collins planuje więcej badań na zwierzętach, aby opracować najlepsze sposoby zaradzenia stresowi oksydacyjnemu. Ale ponieważ zarówno antybiotyki bakteriostatyczne, jak i NAC są już zatwierdzone przez FDA, lekarze mogą wkrótce zacząć stosować tę strategię.
„Jesteśmy zainteresowani sprawdzeniem, czy można by to przenieść do kliniki”, powiedział Collins.
.