A modern orvostudomány jelenleg vesztésre áll az antibiotikumokat lefegyverező szuperbaktériumokkal szembeni harcban. Ám a háborúban új frontokat nyitottak a szuperszámítógépek és a big data technológiája, és ez forradalmasíthatja az antibiotikum-rezisztencia elleni küzdelmet.

A legfantáziadúsabb hollywoodi posztapokaliptikus forgatókönyv sem festett még olyan sötét képet, amelynek konkrét és nem is annyira távoli megvalósulásától tart a modern orvostudomány. Ebben a – Hyeronimus Bosch németalföldi festő vásznaira kívánkozó – világban egy apró karcolás is életveszélyes lehet, egy sima tüdőgyulladásban is meg lehet halni, a legegyszerűbb műtétek is halálos kockázatokkal járnak, nem beszélve a szervátültetésről, a rák elleni kezelésekről vagy a szülésről.

30-31. o. szuperbakterium_petricsészébenA félelemre az úgynevezett szuperbaktériumok gyors terjedése ad okot. Ezek szenzációhajhász elnevezésüket onnan kapták, hogy az elmúlt évtizedekben a legtöbb ismert antibiotikummal szemben ellenállóvá váltak. És hogy mennyire nem sci-firől van szó, azt egy tavalyi brit kormányzati jelentés is bizonyítja. A Scientific American tudományos magazin által idézett tanulmány azt jósolja, hogy a szuperbaktériumok évi tízmillió embert ölhetnek meg (2050-ig összesen 300 milliót), ha nem sikerül megfékezni őket. Tanulva a HIV-vírus példájából, számszerűsítették a gazdasági károkat is: becslések szerint a szuperbaktériumok 100 trillió dolláros kárt okozhatnak 2050-ig, vagyis az összesített kár meghaladhatja a világgazdaság jelenlegi méretét.

Szerencsére az orvostudomány új fegyvertársat kapott a kórokozók elleni harchoz. Ígéretes kutatási eredmények arra engednek következtetni, hogy a szuperszámítógépek terjedése és a big data technológia fejlődése forradalmasíthatja az antibiotikum-rezisztencia elleni fegyverarzenált. A nagytömegű adatot érintő komplex számítások és szimulációk elvégzésére képes szuperszámítógépek merőben új megközelítési módokat kínálnak, új kutatási irányokat alapoznak meg világszerte, és kísérleti adatok sokaságát lehet velük elemezni – gyorsabban és pontosabban, mint eddig bármikor.

Nyertes matematikai formulák

Miriam Barlow biológus (University of California, Merced) és Kristina Crona matematikus (American University, Washington DC) például egy olyan számítógépes programon dolgozik, amely a jövőben hatékony fegyver lehet az antibiotikum-rezisztens baktériumok ellen. Komplex algoritmusok segítségével sikerült megakadályozniuk az antibiotikum-rezisztencia kialakulását, sőt még a folyamat laboratóriumi körülmények közötti visszafordítására is képesek voltak.

supercomputerKutatásukban Barlowék az E. coli baktérium egyetlen génjére fókuszálnak, amely az antibiotikumokkal szembeni ellenállás kialakulásáért felelős. Kidolgoztak egy matematikai képletet, amellyel modellezhető az ismert antibiotikumok hatása a baktériumra a mutáció különböző fázisaiban. A tesztek olyan jól sikerültek, hogy a kutatók képesek voltak „visszaállítani” az E. colit eredeti, vagyis a rezisztenssé válás előtti állapotába. A találóan „időgépnek” elnevezett szoftver terápiás jelentősége abban rejlik, hogy segíthet az orvosoknak gyorsabban és pontosabban kiválasztani, mely antibiotikumokat milyen sorrendben használják az adott fertőzés leküzdésére. Ez pedig nagymértékben megnövelheti a kezelés hatékonyságát.

Jelenleg az orvosok ugyanis rendszerint többféle hatóanyag kombinációjával küzdenek a szuperbaktériumokkal szemben, a széles körben használt gyógyszereket kombinálva a régebbi, manapság már ritkán alkalmazott antibiotikumokkal. A kezelőorvos intuíciója és gyakorlati tapasztalatai alapján választja ki a gyógyszereket, amelyek elsőre rendszerint nem bizonyulnak elég hatékonynak, ezért tovább válogat a fegyverarzenálból. Szerencsés esetben még időben sikerül megtalálni a megfelelő kezelést.

Az ígéretes eljárás azonban egyelőre kezdeti fázisban jár, számos további laboratóriumi és klinikai teszt szükséges működőképessége megállapításához. A szoftvert egyelőre mesterségesen előállított és ellenállóvá tett, laboratóriumi körülmények között izolált baktériumtörzsek esetében tesztelték, vagyis még nem lehet tudni, hogyan állja meg a helyét a való életben, természetes módon rezisztenssé vált organizmusok esetében, amelyek más kórokozókkal is versenyeznek, illetve az emberi immunrendszerrel küzdenek.

Ide nekik az MRSA-t is

Az egyik neves amerikai magánegyetemen, a Duke-on a legismertebb és legelterjedtebb szuperkórokozóval, az igazi nagyágyúnak számító MRSA-val (methicillin-rezisztens Staphylococcus aureus) tesztelnek egy új számítógépes programot, amely képes pontosan modellezni azt a folyamatot, amellyel a szuperbaktérium – genetikai kódját megváltoztatva – ellenállóvá válik az antibiotikumokkal szemben.

Az MRSA működési mechanizmusának megfejtése azért is fontos, mert a szuperbaktérium igazán sikeres pályát futott be. A közönséges Staphylococcus aureusból fejlődött ki, amely a felnőttek harminc százalékánál kimutatható anélkül, hogy gondot okozna. Csupán két évre volt szüksége ahhoz, hogy a methicillin nevű antibiotikum első – hatvanas évekbeli – alkalmazása után rezisztenssé váljon az új gyógyszerrel szemben. Sőt a szuperbaktérium nemcsak a methicillint, hanem egyszerre több antibiotikumcsaládot is lefegyverzett. A néhány éve – Magyarországon is – megjelent új törzse pedig az utolsó mentsvárak egyikének tartott vancomycin nevű antibiotikummal szemben is ellenálló.

Az Egyesült Királyságban, Dél-Walesben hasonló egyetemi kísérletek folynak, amelyek szintén azzal kecsegtetnek, hogy már egy esetleges fertőzés korai fázisában meg tudják mondani, fennáll-e annak rizikója, hogy az adott baktériumtörzs halálosan veszélyes változattá mutálódik. A fejlett technológia segítségével a kezelés személyre szabhatóvá válik, hiszen a páciens DNS-mintájának elemzése alapján kidolgozható az optimális kezelési mód. Ráadásul akár órák, nem pedig hetek leforgása alatt születnek meg az eredmények.

Az idő és a pénz

Márpedig az idő kulcsfontosságú tényező a szuperbaktériumok által megfertőzött páciensek esetében. Hiszen gondoljunk csak bele: az E. coli baktérium például 20 perc alatt osztódik, tehát a tenyészet megduplázódik. Az osztódás során egyes törzsek mutálódnak, és ha ezek közül csak egy is rezisztenssé válik az antibiotikummal szemben, ez szelekciós előnyt jelent, és ezek a baktériumok fognak tovább szaporodni. De az organizmus a rezisztenciagént egyszerűen átadja az utódoknak a tápfolyadék útján is, esetleg a testnedvekben (például vizelet, széklet, sebváldék). Sőt, más baktériumokkal való géncserével is terjedhet a mutáns gén. Így egy teljesen ártalmatlan, de rezisztens gyomorbaktérium megoszthatja az antibiotikumokkal szembeni védekezés trükkjeit akár egy tüdőgyulladást okozó, sokkal veszélyesebb kórokozóval is.

Az új kutatási lehetőségeket az teszi lehetővé, hogy a drága szuperszámítógépek már nemcsak a technológiai óriáscégek, kormányzati szervek és gazdag kutatóintézetek kiváltságai, hanem a kevésbé tehetős egyetemek, kutatóintézetek is széles körben hozzáférhetnek az erőteljes technológiához. Ehhez nem szükséges megvásárolniuk a drága hardvert, elég csak egy egyszerűsített webfelületen igénybe venniük valamelyik szuperszámítógép-szolgáltatást a sok közül.

A technológiai fejlődés által felturbózott kutatások segíthetnek a hatékony új antibiotikumok megalkotásában is. Ám e téren a másodpercenként műveletek trillióira képes csodagépek sem hozhatnak önmagunkban áttörést. A gyógyszeriparnak ugyanis egyszerűen nem éri meg új antibiotikumokkal foglalkozni. Egy új gyógyszer kifejlesztése és piacra dobása dollármilliárdokba kerül, ám mivel az antibiotikumokkal szemben viszonylag gyorsan rezisztencia alakul ki, könnyen elveszhet a hatalmas befektetés.

Ráadásul a várható profit is lényegesen kisebb, hiszen szemben a krónikus betegségek – például a gyakori szív- és érrendszeri megbetegedések – gyógyszereivel, az antibiotikumokat csak rövid ideig szedik a páciensek, és jóval kevesebben, mint a népbetegségek esetében. Nem véletlen, hogy az 1980-as évek óta nem fejlesztettek ki új antibiotikumot.

A már idézett brit kormányzati munkacsoport adatai szerint az Egyesült Királyság gyógyszeripara például 2,6 milliárd fontos teljes kutatás-fejlesztési büdzséjéből mindössze 102 milliót fordít antimikrobás szerekre. Más források is azt mutatják, hogy Európában a rendelkezésre álló források 1 százalékát sem érték el az antibiotikum-kutatásokra szánt összegek 2008 és 2013 között. Miközben az Egészségügyi Világszervezet (WHO) becslése szerint az Európai Unióban évente minimum 400 ezren fertőződnek meg – főként kórházakban – antibiotikum-rezisztens baktériumok által, több mint 25 ezer ember esetében pedig végzetesnek bizonyulnak a fertőzések.

Így félő, hogy nem állnak majd időben rendelkezésre új gyógyszerek, mire a szuperkórokozók lefegyverzik az összes régi szert. A brit munkacsoport ezért az egyik legsürgetőbb feladatnak tartja olyan ösztönző rendszerek kialakítását, amelyek a gyógyszeripart érdekeltté tennék az antibiotikumok fejlesztésében.

Márk Edina