CeBIT 2017: Dzięki danym genetycznym bioinformatycy przewidują oporność na antybiotyki

Czasochłonne: Bakterie muszą być hodowane na podłożu odżywczym, aby wykryć oporności. Specjalne testy i dane genetyczne mają zapewnić szybszą i bardziej wiarygodną pewność. (Zdjęcie: Curetis)

Profesor Andreas Keller (Zdjęcie: Uniwersytet Saary) / Profesor Andreas Keller (Zdjęcie: Uniwersytet Saary)

Każdego roku w Unii Europejskiej umiera około 25 000 osób z powodu bakterii opornych na antybiotyki, co utrudnia leczenie. Chociaż istnieją metody diagnostyczne umożliwiające wstępne wykrycie takich oporności, są one czasochłonne. Naukowcy z Centrum Bioinformatyki na Uniwersytecie Saary współpracują z firmą Curetis, która opracowuje metody diagnostyczne, aby szybciej wykrywać niebezpieczne oporności. Ich tajna broń to obszerna baza danych genów i wydajne algorytmy. Obecne szybkie testy i perspektywy na przyszłość prezentują na targach komputerowych Cebit w Hanowerze, w hali 6, stoisko E28.

Kilka dni temu Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opublikowała listę dwunastu szczepów bakterii, które ze względu na swoją oporność stanowią „największe zagrożenie” dla zdrowia globalnego, jak podkreśla WHO. Nad tymi opornościami badają również Andreas Keller, profesor Klinicznej Bioinformatyki na Uniwersytecie Saary. „Jeśli pacjenci szybko uzyskają dostęp do terapii, która najlepiej zwalcza patogen, jest to korzystne nie tylko dla nich. Może to również pomóc w bardziej celowym stosowaniu obecnych antybiotyków, aby spowolnić rozwój oporności”, wyjaśnia swój podejście.

Dotychczasowe metody wykrywania takich oporności są czasochłonne. Bakterie hoduje się na podłożach w probówkach, aż staną się widoczne i można przetestować ich reakcję na antybiotyki. Do uzyskania ostatecznego wyniku upływa cenny czas dla pacjenta. „Lekarz musi poczekać od 24 do 72 godzin, aby mieć pewność, jakim antybiotykiem leczyć. Żaden lekarz nie pozwoli pacjentowi tak długo cierpieć, więc polega na swoim doświadczeniu”, wyjaśnia Achim Plum, dyrektor ds. handlowych w Curetis. „Jeśli zastosuje niewłaściwy antybiotyk, pacjentowi nie pomoże. Ale to nie wszystko: każda dawka antybiotyku niesie ryzyko powstania opornych patogenów. Bakterie bardzo szybko się rozmnażają, co jest jak ewolucja w przyspieszonym tempie”, dodaje Plum.

Firma z Badenii-Wirtembergii już teraz sprzedaje szybkie testy, które za pomocą specjalnych molekuł wykrywają patogeny i ich oporności w przypadku zapaleń płuc, infekcji tkanek i implantów, a także infekcji krwi i jamy brzusznej. „Obecnie korzystamy z genetycznych markerów oporności na antybiotyki, które znamy od dłuższego czasu. Pokrywamy nimi najpowszechniejsze mechanizmy oporności. Wiemy jednak, że możemy przeoczyć niektóre oporności”, mówi Achim Plum. „Chcemy więc również rozwiązać mniej powszechne mechanizmy oporności, ponieważ w przyszłości mogą stanowić poważne zagrożenie”. Aby opracować odpowiednie testy, konieczne są badania na setkach lub tysiącach wyizolowanych od pacjentów patogenów. „Potrzebujemy zarówno pełnej informacji genetycznej patogenów, jak i ich reakcji na powszechne antybiotyki, aby móc powiązać oporność z podstawową zmianą genetyczną”, wyjaśnia Plum.

Aby to osiągnąć, Curetis w zeszłym roku we wrześniu nabył od Siemens Technology Accelerator GmbH bazę danych genetycznych GEAR, co oznacza „Genetic Antibiotic Resistance and Susceptibility” (Genetyczna Oporność i Wrażliwość na Antybiotyki). Baza danych i powiązana platforma zostały opracowane we współpracy z dwoma uniwersytetami. Instytut Klinicznej Molekularnej Biologii w Kilonie był odpowiedzialny za sekwencjonowanie genów bakterii, a profesor Andreas Keller i jego zespół „Klinicznej Bioinformatyki” na Uniwersytecie Saary przeprowadzili komputerową analizę 30-terabajtowych danych.

„Bakterie są niesamowicie sprytne i bardzo szybko wdrażają swoje geny oporności. Dzięki GEAR możemy teraz śledzić ich strategie”, mówi bioinformatyk Keller. Warunkiem jest globalna baza danych obejmująca dziesięciolecia. Dlatego GEAR zawiera 11 000 szczepów bakterii i wzorców reakcji na 21 antybiotyków, które w ciągu ostatnich trzech dekad zostały wyizolowane z próbek pacjentów na całym świecie.

Przy pomocy tych danych naukowcy sprawdzają, które cechy genetyczne są powiązane z opornością na dany antybiotyk. „To ogromna układanka”, mówi Keller, wyliczając, że ilość danych odpowiada prawie 500 000 Biblii. Jego algorytmy i pierwsze wyniki dają mu nadzieję: „Już teraz możemy przewidzieć oporności w 85 procentach przypadków”, dodaje Keller.

Oporność na stare i nowe antybiotyki rozwija się dynamicznie. Dlatego baza danych GEAR będzie się dalej rozwijać. „Oporność na antybiotyki to jedno z najpilniejszych problemów opieki zdrowotnej na świecie i musi być rozwiązane w skoordynowany sposób. Zamierzamy rozbudować GEAR jako wspólną platformę badawczą dla oporności na antybiotyki, łączącą środowiska akademickie, służbę zdrowia i przemysł”, mówi Plum.