CeBIT 2017: S genetickými daty předpovídají bioinformatikové antibiotickou rezistenci

Časově náročné: Bakterie musí být dosud pěstovány na živném médiu, aby bylo možné zjistit rezistence. Speciální testy a genetická data mají zajistit rychlejší a spolehlivější výsledky. (Foto: Curetis)

Profesor Andreas Keller (Foto: Universität des Saarlandes) / Profesor Andreas Keller (Foto: Universität des Saarlandes)

Každý rok v Evropské unii zemře přibližně 25 000 lidí na antibiotiky odolné a tím i těžko léčitelná bakterie. Ačkoliv existují diagnostické metody, které takovou rezistenci dokáží předem odhalit, jsou časově náročné. Výzkumníci z Centra bioinformatiky na Univerzitě v Saarlandu proto spolupracují s vývojářem diagnostických metod Curetis, aby mohli odhalit nebezpečné rezistence rychleji. Jejich tajná zbraň: komplexní databáze genů a výkonné algoritmy. Svůj dnešní rychlotest a pohled do budoucnosti představují na výstavě počítačových technologií Cebit v Hannoveru v hale 6 na stánku E28.

Před několika dny zveřejnila Světová zdravotnická organizace WHO seznam dvanácti bakteriálních kmenů, které podle WHO představují „největší hrozbu“ pro globální zdraví kvůli své odolnosti. Na těchto rezistencích také pracuje Andreas Keller, profesor klinické bioinformatiky na Univerzitě v Saarlandu. „Když pacienti rychle získají přístup k terapii, která je nejvhodnější k boji s patogenem, není to jen výhodou pro pacienta. Může to také pomoci cíleněji využívat současná antibiotika a zpomalit vznik rezistencí,“ vysvětluje svůj přístup.

Dosavadní metody odhalování takových rezistencí jsou časově náročné. Bakterie jsou pěstovány na živných půdách v Petriho misce, dokud nejsou viditelné a dokáže se otestovat jejich reakce na antibiotika. Do konečného výsledku tak uplyne drahocenný čas pro pacienta. „Teprve po 24 až 72 hodinách si lékař může být jistý, s jakým antibiotikem má léčit. Žádný lékař nenechá pacienta tak dlouho trpět, proto se spoléhá na své zkušenosti,“ vysvětluje Achim Plum, obchodní ředitel společnosti Curetis. „Pokud použije nesprávné antibiotikum, pacientovi se nepomůže. A nejen to: s každou dávkou antibiotika hrozí vznik rezistentních kmenů. Bakterie se velmi rychle množí, což je evoluce v zrychleném režimu,“ dodává Plum.

Společnost z Bádenska-Württemberska již nyní prodává rychlotesty, které pomocí speciálních molekul odhalují patogeny a jejich rezistence při pneumoniích, infekcích tkání a implantátů, stejně jako při infekcích krve a břišní dutiny. „Momentálně používáme genetické markery antibiotické rezistence, které jsou známé již delší dobu. Tím pokrýváme nejrozšířenější rezistenční mechanismy. Víme však, že nám tím rezistence unikají,“ říká Plum. „Chceme proto také odhalit méně časté rezistenční mechanismy, protože v budoucnu by mohly představovat velkou hrozbu.“ K vývoji takových testů je třeba výzkumu na stovkách či tisících izolovaných patogenů od pacientů. „Potřebujeme jak kompletní genetické informace patogenů, tak jejich reakci na běžná antibiotika, abychom mohli navázat spojitost mezi rezistencí a základní genetickou změnou,“ vysvětluje Plum.

Pro dosažení tohoto cíle koupila Curetis v září loňského roku od společnosti Siemens Technology Accelerator GmbH databázi GEAR, což je zkratka pro „Genetic Antibiotic Resistance and Susceptibility“. Tato databáze a přidružená platforma byly vyvinuty ve spolupráci se dvěma univerzitami. Institut klinické molekulární biologie v Kielu byl odpovědný za sekvenování genů bakterií, zatímco profesor Andreas Keller a jeho skupina „Klinická bioinformatika“ na Univerzitě v Saarlandu provedli počítačovou analýzu 30 terabajtů dat.

„Bakterie jsou neuvěřitelně chytré a velmi rychle realizují své rezistenční genové programy. S pomocí GEAR nyní můžeme sledovat jejich strategie,“ říká bioinformatik Keller. Podmínkou je celosvětová databáze, která pokrývá desetiletí. Proto GEAR obsahuje 11 000 bakteriálních kmenů a reakčních vzorů k 21 antibiotikům, které byly za poslední tři desetiletí izolovány z pacientských vzorků po celém světě.

S pomocí těchto dat vědci zkoumají, jaké genetické odchylky souvisejí s konkrétní rezistencí na antibiotika. „Je to obrovská skládačka,“ říká Keller a rychle odhaduje, že množství dat odpovídá zhruba 500 000 Biblím. Jeho algoritmy a první výsledky mu dávají naději: „Už nyní dokážeme předpovědět rezistence s přesností asi 85 procent,“ říká Keller.

Rezistence vůči starým i novým antibiotikům se dynamicky vyvíjí. Proto se má databáze GEAR dále rozvíjet. „Rezistence vůči antibiotikům je jedním z nejpalčivějších problémů zdravotní péče po celém světě a musí být řešena koordinovaně. Plánujeme GEAR rozšířit jako společnou výzkumnou platformu pro rezistence na antibiotika ve spolupráci akademického výzkumu, veřejného zdravotnictví a průmyslu,“ říká Plum.