Alternativní terapeutické přístupy ke konvenčním antibiotikům: Výhody, omezení a potenciální aplikace v medicíně Ⅱ

4. Antimikrobiální peptidy

V posledních letech epidemie a epidemie ukázaly, že veřejné zdraví může být celosvětově ohroženoinfekční choroby, takže tento problém naléhavě vyžaduje hledání alternativtradiční antibiotikakteré jsou nové a méně náchylné k bakteriální rezistenci. V hledání novéhoantibiotika,antimikrobiální peptidy(AMP), také známé jako hostitelské obranné peptidy, se v poslední době těší velkému zájmu [146–148]. AMP jsou třídou malých peptidů, které v přírodě existují široce a jsou důležitými složkami vrozeného imunitního systému různých organismů. Mají široký inhibiční účinek na bakterie, plísně, parazity a viry. Byly objeveny v roce 1939, po objevu lysozymů v roce 1922, kdy mikrobiolog Rene Dubos izoloval z půdy kmen Bacillus, antibakteriální činidlo zvané gramicidin, o kterém bylo prokázáno, že chrání myši před pneumokokovou infekcí.149]. Následně bylo identifikováno několik AMP v prokaryotické i eukaryotické říši [150]. Prvním popsaným AMP pocházejícím ze zvířat byl defensin, který byl izolován z králičích leukocytů [151], následně byl v kravském mléce identifikován laktoferin a bylo prokázáno, že lysozomy lidských leukocytů a lidský ženský reprodukční trakt obsahují nízkomolekulární AMP [152]. K dnešnímu dni bylo objeveno, charakterizováno a anotováno více než 3000 AMP v databázi AMP (APD3) [153]. 

Současný výzkum se zaměřuje na tyto přírodní sloučeniny jako inovativníprotiinfekční lékya nové imunomodulátory [148,154], ale také v potravinářství, chovu dobytka, zemědělství a akvakultuře. Zájem o AMP nedávno vzrostl během pandemie těžkého akutního respiračního syndromu coronavirus 2 (SARS-CoV-2) při hledání nových antivirových molekul pro boj proti COVID-19 [154]. 

Kliknutím sem získáte další podrobnosti o bylinkách Cistanche As

Alternativní terapeutické přístupy ke konvenčním antibiotikům

4.1. Výhody

Od objevu přírodních bioaktivních AMP schopných široce zasáhnout více patogenů jsou terapeutika na bázi peptidů pod drobnohledem výzkumníků. AMP inhibují širokou škálu mikroorganismů prostřednictvím různých a speciálních mechanismů tím, že se primárně zaměřují na buněčné membrány nebo na specifické intracelulární složky.155]. AMP jsou potenciální multifunkční terapeutická činidla, která jsou účinná proti širokému spektru mikroorganismů. Říká se jim „přírodní antibiotika“. Některé AMP mohou způsobit rychlou smrt grampozitivních a gramnegativních hub, parazitů, zapouzdřených virů nebo nádorových buněk během několika minut. AMP mají nízké riziko rozvoje rezistence a mohou dokonce inhibovat mikroorganismy rezistentní na antibiotika [155]. Tento princip vychází ze skutečnosti, že AMP obecně (ale ne vždy, jak je uvedeno výše) narážejí na lipidovou složku plazmatické membrány, buněčnou složku, o které se přirozeně předpokládá, že je obtížné změnit její základní fyzikálně-chemické vlastnosti mikrobiálními cíli.

A konečně, AMP jsou stále více považovány za slibnou terapeutickou alternativu pro léčbu infekcí spojených s biofilmem, což je jedna z hlavních hrozeb v oblasti bakteriálních infekcí. Všechny tyto výhody činí AMP ideálními kandidáty pro farmakologické aplikace. AMP uplatňují své antimikrobiální účinky především prostřednictvím dvou různých mechanismů. AMP zacílené na membránu mění strukturální integritu buněčné membrány, zatímco AMP, které využívají nemembránové zaměřovací mechanismy, primárně inhibují syntézu nukleových kyselin, esenciálních enzymů a dalších funkčních proteinů. Tyto nové proteiny mohou být přírodního nebo syntetického původu. AMP z mnoha druhů, včetně obojživelníků, hmyzu, savců a ryb, tvoří 75,65 procent celkových AMP, zatímco zbytek pochází hlavně z rostlin a bakterií a tvoří 13,5 procenta a 8,53 procent celkových AMP [156]. Bakteriální AMP jsou často označovány jako bakteriociny, účinné při nižších koncentracích než AMP a mají omezený účinek na několik druhů. Bakteriociny vykazují antimikrobiální aktivitu a inhibují hlavní mikrobiální konkurenty [157,158]. Je pozoruhodné, že rezistence na antibiotika a bakteriociny je nezávislá a dosud nebyla zaznamenána žádná zkřížená rezistence [159]. Geny podílející se na produkci bakteriocinu jsou součástí mobilních genetických elementů, jako jsou konjugativní transpozony (nisin) a plazmidy (laktokoky 972) [160]. To usnadňuje jejich šíření a vysvětluje například schopnostP. pentosaceusaLactobacillussyntetizovat predikci PA1/AcH [161]. Lze dojít k závěru, že bakteriociny představují novou perspektivu k překonání problému rezistence za předpokladu, že mechanismus funkce těchto molekul a jejich degradace budou důkladně pochopeny. Na druhé straně je známo, že mořské prostředí je jedním z nejbohatších zdrojů AMP, včetně oceánů, které pokrývají něco málo přes 70 procent Země. Na rozdíl od suchozemského prostředí se lépe přizpůsobují drsným podmínkám prostředí, jako je vysoká slanost [156,162]. AMP rostlinného původu jsou peptidy, které vykazují silnou a širokospektrální antimikrobiální aktivitu. Kromě silné mikrobicidní aktivity rostlinných AMP proti virům, bakteriím, houbám, parazitům a prvokům mají také protihmyzovou aktivitu proti oomycetám a býložravým škůdcům a protirakovinnou aktivitu proti některým rakovinným buňkám [155,156,162,163]. Pokud jde o hmyzí AMP, hrají důležitou roli v humorálním imunitním systému. Hmyzí AMP se syntetizují v tělesném tuku hmyzu a ukládají se v hemolymfě [164]. U hmyzu bylo dosud identifikováno přes 200 AMP

Navzdory rozmanitosti mnoha výhod AMP extrahovaných z přírodních zdrojů mají řadu nevýhod, včetně špatné stability, tolerance solí a vysoké toxicity, které brání jejich širokému terapeutickému použití, a tedy vzniku syntetických AMP. Bylo vyvinuto několik metod pro návrh nových syntetických AMP modifikací sekvencí AMP přirozeně přítomných v různých organismech. Bylo prokázáno, že malé změny ve složení aminokyselin mohou vést ke změnám všech konformačních a fyzikálně-chemických vlastností peptidu.165]. Celkově vzato jsou tyto AMP bezpečné, s žádnými nebo méně toxickými vedlejšími účinky a ve srovnání s konvenčními antibiotiky je obtížné navodit bakteriální rezistenci na léky.166]. 

4.2. Aplikace v medicíně

AMP jsou multifunkční látky s několika terapeutickými funkcemi, jako jsou protizánětlivé, imunomodulační, endotoxinové neutralizační aktivity a cytotoxické účinky na rakovinné buňky, což z nich dělá dobré kandidáty pro farmakologické postupy, kromě jejich přímých antimikrobiálních účinků.167,168]. Rychlé a širokospektrální aktivity, všestranné možnosti použití a nízký potenciál pro rozvoj rezistence AMP jsou hlavními faktory zvyšujícími jejich atraktivitu v biofarmaceutickém průmyslu a investice na trhu s peptidovými antibiotiky. Několik studií uvádí význam nisinu při léčbě několika infekčních onemocnění, jako je mastitida, orální, respirační a kožní onemocnění.148,152,169]. Mastitida je časté zánětlivé onemocnění u kojících žen, které vede k zastavení laktace.170]. Staphylococcus aureusaStaphylococcus epidermidisjsou dva běžné agens, které způsobují infekce spojené s mastitidou [170]. Peptid nisin způsobuje inhibici bakteriálního růstu tvorbou membránových pórů a přerušením biosyntézy buněčné stěny prostřednictvím specifické interakce lipidu II.171]. Dalším příkladem bakteriálně odvozených AMP používaných klinicky jako alternativa k antibiotikům je gramicidin, což je směs gramicidinu A, B a C. Jedná se o AMP přirozeně produkovanéBrevibacillus brevis, s aktivitou proti několika grampozitivním bakteriím, indukující depolarizaci membrány a následně lýzu buněk [152,172,173]. Gramicidin je složkou Neosporinu®, trojité antibiotikum používané v očních a topických přípravcích [152]. Byl schválen a prodáván jako aniontový AMP pro léčbu kožních infekcí způsobených grampozitivními bakteriemi [174]. Nedávná studie prokázala, že předběžná léčba Tachyplesinem III u myší je chrání předPseudomonas aeruginosaaAcinetobacter baumanniiinfekce, snižuje produkci prozánětlivých cytokinů (IL-1 , IL-6 a TNF- ) a indukuje fagocytózu makrofágů, což je zásadní pro bakteriální clearance v závislosti na dávce [152,175]. Všechna tato zjištění musí být potvrzena v klinických studiích na lidech. Vzhledem k široké škále AMP existujících v přírodě se očekává, že další nové farmakologicky aktivní peptidy inspirované přírodou mohou v budoucnu nalézt klinické aplikace.

4.3. Omezení

Ačkoli AMP mají mnoho výhod, pouze tři AMP byly schváleny americkou FDA pro terapeutické použití, a to gramicidin, kolistin a daptomycin.176]. Gramicidin je účinný proti řadě grampozitivních a gramnegativních bakterií, ačkoli jeho závažná toxicita pro lidské erytrocyty má klinickou indikaci omezenou na topické aplikace. Polymyxin a kolistin, což jsou kationtové peptidy, které se používají po desetiletí, zaznamenaly v poslední době znovuobnovení zájmu kvůli jejich silné aktivitě proti MDR gramnegativním patogenům. Jejich schopnost vázat lipid A složku LPS z nich dělá cenné zbraně, poslední zdroje v boji proti septickému šoku, nehledě na jejich známou nefrotoxicitu. Objevila se však rezistence, která se šíří alarmující rychlostí, což ohrožuje účinnost těchto cenných terapeutik. Pokud jde o daptomycin, tento cyklický lipopeptid vázaný na membránu dostal zelenou od FDA v roce 2003 k léčbě grampozitivních infekcí. V posledních letech,Staphylococcus aureusrezistence je stále více hlášena a aktivně probíhá hledání náhrad, které mohou rozšířit klinické použití tohoto důležitého antibiotika. Kromě výše popsané rezistence na AMP existuje určitá míra obtížnosti uvedení těchto molekul na trh, ať už pro topickou nebo systémovou léčbu. Polyphorova fáze 3 klinických studií bezpečnosti a účinnosti intravenózního murepavadinu byla předčasně zastavena kvůli zvýšeným hladinám kreatininu v séru u pacientů léčených AMP, což ukazuje na selhání ledvin [177]. 

5. Nanočástice

První stopy empirického použití nanočástic lidstvem pocházejí z říše Mayů (v roce 800 př. n. l.), používali modré barvivo schopné odolávat povětrnostním podmínkám vyrobené ze směsi nanoporézního jílu a barviva obsahujícího kovové nanočástice [178]. Produkce nanočástic je od počátku 70. let 20. století a exponenciálně od 21. století rychle rostoucím předmětem biomedicínských aplikací, zejména v léčbě nádorů a jejich diagnostice [179]. Tyto výjimečné vlastnosti nanoobjektů (optické, fyzikální, tepelné, chemické atd.) umožňují jejich využití jako vektorů i pro diagnostické a terapeutické účely. Nanotechnologie určené pro lékařské aplikace jsou dnes definovány pod pojmem „nanomedicína“. Nanočástice s antimikrobiální aktivitou jsou anorganické částice nanometrické velikosti. Mohou napadnout membránu bakterií nebo kvasinek a proniknout těmito patogeny, aby interagovaly se specifickým cílem, ale také indukovaly produkci volných radikálů. Ještě důležitější je, že mnohočetné a jedinečné mechanismy působení nanočástic činí nepravděpodobným, že by si bakterie mohly vyvinout rezistenci, a mohou pomoci omezit globální krizi vznikající bakteriální rezistence.179,180]. 

5.1. Výhody

Nanomedicína je podávání léků pomocí nano vektorů umožňujících transport a uvolňování aktivní složky na její farmakologický cíl. Tento přístup proto zvyšuje účinnost léčiv a omezuje jejich nežádoucí účinky modulací farmakokinetické dráhy a biologické dostupnosti [181]. Jedinečné antibakteriální vlastnosti jsou přítomny v kovových nanočásticích (MNP) vyrobených ze stříbra, zlata, oxidu zinečnatého a oxidu titanu. Jejich chemické složení umožňuje delší vazbu, aktivní cílení antibiotik s povrchovou funkcí v cílovém místě a ochranu před degradací enzymů [182]. Nejzajímavější na tom je, že mohou dodávat antibiotika do intracelulárního kompartmentu, kde je patogen. Zlepšují tedy stabilizaci léčiva, zvyšují cirkulaci léčiva a poskytují zlepšené podávání v cíli a vyšší účinnost léčby. Současně snižují toxicitu a vedlejší účinky, zvyšují antibakteriální spektrum a snižují požadovanou dávku léku a dokonce i dobu léčby [183,184]. Všechny tyto výhody řadí jejich použití mezi nejslibnější strategie k překonání rezistence vůči antibiotikům [185]. 

5.2. Aplikace v medicíně

Nanobiotika jsou antibiotika nové generace a lze je použít jako lékproti bakteriálním infekcím převážně intracelulárními bakteriemi. Antibakteriální vlastnostiz ušlechtilých kovů (především mědi a stříbra) jsou známy již dlouhou dobu a používají se v každodenním životě. Například některé nemocnice vybavily kliky dveří měděnými povlaky, aby omezily přenos bakterií v nemocničním prostředí [186]. Studie nanočástic prokázaly in vitro antimikrobiální aktivitu proti MDR organismům, včetně patogenů ESKAPE (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosaaEnterobacter) [180,187–189]. Ve skutečnosti studie jasně prokázala na dávce závislou antibakteriální aktivitu nanočástic stříbra proti enterobakteriím, jako je např.Escherichia colineboKlebsiella pneumoniaes čestným MIC asi 1,4µg/ml, stejně jako antibakteriální aktivita gentamicinu, cefotaximu a meropenemu vůči těmto druhům byla zvýšena při současné přítomnosti nanočástic stříbra [190]. Jiné studie prokázaly jak in vitro, tak in vivo účinnost proti grampozitivním a gramnegativním bakteriím [191,192]. Kromě toho by mohla být alternativou při léčbě tuberkulózy, která je velkým zdravotním problémem, který infikuje miliony lidí po celém světě. Zneužívání léků první linie by mohlo vést k MDR tuberkulóze, která se pak léčí chemoterapií nebo léky druhé linie, jako je ethionamid (ETH). Pacienti však často zjišťují, že je obtížné dodržovat léčebné režimy, které vyžadují vysoké dávky ETH. Nanočástice by mohly zapouzdřit synergická léčiva, což by výrazně zjednodušilo léčbu a zvýšilo komplianci pacienta [181]. Nakonec všechny tyto studie zůstávají v experimentálním měřítku, in vitro nebo in vivo za použití zvířecích modelů. Klinický překlad vyžaduje důkladné pochopení farmakokinetiky a farmakodynamiky NP a vyhodnocení jejich toxicity na buněčné a systémové úrovni.180]. Proto bylo zjištěno, že kovová nanobiotika jsou účinnější než samotná antibiotika díky své stabilitě v případě infekcí způsobených intracelulárními zárodky [193–195]. V praxi by nanoobiotika poskytovala systémy dodávání léků pro systémové, orální, transdermální nebo jiné aplikační metody, lepší antibakteriální krytí ran, vynikající povlaky implantovatelných lékařských zařízení a účinnější antibakteriální adjuvans vakcín [193].

5.3. Kombinace

TerapieNanočástice lze kombinovat s antimikrobiálními léky (antibiotika, antivirotika, antimykotika). Nejlépe zdokumentovaná je kombinace s molekulami antibiotik, které se nazývají nanobiotika [196]. MNP se používají pro jejich sníženou cenu, snadnou syntézu a použití [193]. MNP jsou založeny na různých typech kovů: hlavně zlato (Au), stříbro (Ag), oxid mědi (CuO), oxid železa (Fe3O4 nebo Fe2O3), oxid titaničitý (TiO2), a oxid zinečnatý (ZnO) [193]. Nanočástice stříbra (AgNP) se pro své katalytické, unikátní optické a biologické vlastnosti využívají nejen ve výzkumných laboratořích, ale také v humánní a veterinární oblasti. Hlavním přínosem zlatých nanočástic (AuNP) je jejich jednoduchá výroba a modifikace jedním nebo více chemicky odlišnými thiolovými ligandy a jsou považovány za nejméně toxické MNP [182]. Protože MNP fungují jako nosiče léků, usnadňují transport antibiotik na buněčný povrch. Tato interakce mezi nanočásticemi a antibiotiky zvyšuje koncentraci antimikrobiálních léčiv na konkrétních místech buněčné membrány. Zejména je zlepšen kontakt s buňkami a propustnost membrán je zvýšena afinitou AgNP a AuNP k proteinům bakteriálních buněčných membrán obsahujících síru. To usnadňuje pronikání antibiotik do buňky [194].

5.4. Omezení

Nanočástice představují riziko pro lidské zdraví i přes své vynikající vlastnosti a širokou škálu aplikací. Studie prováděné in vitro a in vivo prokázaly, že MNP mohou vstupovat do buněk a způsobovat oxidační stres, záněty, poškození DNA a orgánovou toxicitu, což omezuje jejich použití [197,198]. Hlavní vlastnosti MNP odpovědné za jejich toxikologický účinek byly připisovány:• Velikost díky jejich rychlé difúzi do lidských buněk a jejich schopnosti procházet hematoencefalickou bariérou (200 nm). NP pod 10 nm často vykazují značnou antibakteriální aktivitu, ale také vysokou cytotoxicitu;Aglomerace, která napomáhá procesu sedimentace a zpomaluje difúzi NP, což zvyšuje účinné dávky;

• Povrchový náboj, aby bylo možné řídit vazbu proteinu na NP, buněčnou absorpci, oxidační stres, autofagii, zánět a apoptózu, je náboj NP klíčový (nabité NP se ukázaly být více cytotoxické než neutrální formy a pozitivně nabité NP byly více cytotoxické než negativní varianty podobné velikosti). V současné době mohou být MNP navrženy tak, aby snížily jejich toxicitu pro člověka [199]. Velikost může být přizpůsobena pro optimální účinnost a mohou být použita uzavírací činidla pro zabránění aglomeraci, zabránění nežádoucí oxidaci nanočástic a zvýšení uvolňování iontů. Běžně používaná uzavírací činidla jsou kyselina olejová, polyakrylová, polyethylenglykol (PEG), polyvinylalkohol (PVA) a polyvinylpyrrolidon (PVP) [200,201].

6. Esenciální oleje

Přírodní produkty, jako jsou léčivé rostliny, éterické oleje (EO) a bylinné extrakty, jsou považovány za slibné alternativní látky. EO patří mezi ekonomicky nejrelevantnější produkty rostlinného původu, často jsou zodpovědné za několik zdraví prospěšných vlastností [202,203]. EO jsou tvořeny MAP jako sekundární metabolity a jsou to velmi heterogenní směsi, které mohou obsahovat desítky sloučenin v různých koncentracích.204]. V současné době je známo přes 3000 EO, z nichž 10 procent je komerčně a ekonomicky relevantních. Tyto produkty jsou potenciálními rezervoáry mnoha bioaktivních sloučenin s několika prospěšnými vlastnostmi a jsou v souladu se současnými spotřebitelskými preferencemi pro přírodní produkty. Nabízejí také výhodu lepší snášenlivosti v lidském těle s méně vedlejšími účinky [205,206]. 

6.1. Aplikace EO

V přírodě hrají EO důležitou roli v ochraně rostlin tím, že působí jako antibakteriální, antivirotika, antimykotika a insekticidy a také proti býložravcům tím, že snižují jejich chuť k takovým rostlinám. Mohou také přitahovat určitý hmyz, aby podpořily rozptyl pylů a semen nebo odpuzovaly jiné, které jsou nežádoucí. Díky svým baktericidním a fungicidním vlastnostem se také používají jako alternativy k syntetickým chemickým produktům k ochraně ekologické rovnováhy, aniž by vykazovaly stejné sekundární účinky [207,208]. EO se používají již více než 5000 let v různých kulturách a pro různé účely, včetně osobní péče (parfémy a kosmetika), potravin, domácí péče, repelentů pro lidi a zvířata (hospodářská a domácí zvířata) a látek podporujících zdraví. k léčbě různých onemocnění [203,209–211]. Obecně je známo, že EO mají různé farmakologické účinky, jako jsou antialergické (levandule, šalvěj), protirakovinné (šalvěj), protizánětlivé (eukalyptus, levandule), analgetické (levandule), anxiolytické (fenykl obecný), antidepresivní (citron) imunomodulační ( eukalyptus) antibakteriální (hřebíček, kmín, tymián, oregano), protiplísňové (kurkuma, levandule, eukalyptus), antivirové (eugenol, eukalyptus, zázvorová tráva, hřebíček), insekticidní (artemisie, eukalyptus, levandule) a antioxidační aktivita (koriandr) , aneth) [206,212–214]. EO by také mohly být použity jako alternativní konzervační látky pro zvýšení trvanlivosti obilovin a plodin a pro bezpečnost potravin [215]. Složení a farmakologické vlastnosti EO jsou tedy stále předmětem rozsáhlého výzkumného zájmu.

6.2. Antimikrobiální účinek EO

EO a jejich hlavní složky se ukázaly jako účinné při kontrole šíření určitých bakteriálních agens. Antibakteriální vlastnosti EO jsou známy již dlouhou dobu a dnes již existuje řada významných publikací, které potvrdily jejich bakteriostatické a baktericidní účinky proti patogenním bakteriálním kmenům, a to i ve velmi nízkých koncentracích.216,217]. Několik molekul přítomných v EO má antibakteriální vlastnosti, zejména fenoly (jako je karvakrol, thymol a eugenol), alkoholy (jako je linalool) a aldehydy (jako je cinnamaldehyd). Antibakteriální účinky jsou ovlivněny různými faktory, jako je chemické složení testovaného EO, použitá experimentální metoda a testovaný bakteriální kmen. Jejich antibakteriální působenízávisí na koncentraci hlavních sloučenin, synergických účincích a/nebo přítomných přísadách a minoritních sloučeninách [218,219]. Bioaktivní složky EO mají specifické antibakteriální účinky; například buněčná destrukce patogenů je výsledkem schopnosti těchto sloučenin narušit buněčnou membránu mikroorganismu, což má za následek změny v morfologii buněk, změny v permeabilitě membrány a únik elektrolytů. Například thymol, karvakrol a eugenol (hlavní fenolické sloučeniny několika EO) mohou zvýšit množství nasycených mastných kyselin C16 a C18 a snížit množství nenasycených mastných kyselin C18. Působení EO není omezeno na samotné mastné kyseliny, ale může také ovlivnit enzymy odpovědné za jejich biosyntézu. Některé studie například ukázaly, že některé EO inhibují různými mechanismy (konkurenční, nekonkurenční a nekonkurenční) [213,220]. Různé složky EO mohou působit na proteiny přítomné v bakteriích a ovlivnit buněčné dělení. Kromě toho mohou snížit rychlost produkce ATP a způsobit poruchy v membránovém dýchacím řetězci. Některé EO působí na quorum sensing, který používají bakterie ke koordinaci a zajištění komunikace mezi nimi [221,222]. Několik studií zkoumalo synergii mezi složkami EO [223,224]. Rozdíly mezi různými výsledky byly pozorovány podle testovaného organismu, antibiotika a testovaného esenciálního oleje [225]. Kombinace dvou antimikrobiálních látek vede k antagonistickému, indiferentnímu nebo synergickému účinku v závislosti na mechanismech uplatňovaných každou látkou proti testovanému organismu, vlastnostech testovaného organismu a jakýchkoli chemických interakcích mezi těmito dvěma antimikrobiálními látkami.226]. 

6.3. Omezení

Navzdory tomu, že se jedná o přírodní sloučeniny a jejich terapeutické aplikace, bylo hlášeno, že některé EO způsobují vedlejší účinky, jako je otrava, astma, kontaktní dermatitida, bolest hlavy, zvýšené krvácení, podráždění očí, neurotoxicita, genotoxicita a imunotoxicita. Většina EO v dostatečně vysokých dávkách způsobí toxické účinky. Kromě toho se po požití nebo dermální expozici mohou objevit toxické účinky. Mnoho EO, včetně levandule,Nepeta cataria(catnip) aMelissa Officinalis(meduňka), byly zkoumány testy prokazujícími, že EO vykazují toxicitu ve velmi nízkých koncentracích. Předpokládá se, že jedním z primárních mechanismů cytotoxicity je poškození membrány, podobně jako u bakterií a kvasinek [226–228]. EO také obsahují komplexní sloučeniny, které jsou velmi fotosenzitivní a náchylné k degradaci. To vyžaduje lepší skladovací podmínky, aby se zabránilo snižování koncentrací složek oleje a pomáhá udržovat esenciální olej primární kvality s co nejmenším množstvím zkažení. Další výzvou pro racionální využívání EO příslušnými průmyslovými odvětvími je kontrola jejich kvality a také legislativní texty týkající se jejich aplikací [228]. 

7. Antisense antimikrobiální terapeutika

Antisense terapeutika jsou biotechnologickou formou antibiotické terapie využívající chemické analogy krátkých jednořetězcových oligomerů, které napodobují strukturu RNA nebo DNA a vážou se na specifickou, komplementární RNA v cílovém organismu. Antisense antimikrobiální terapeutika proto působí tak, že umlčují expresi specifických genů [229]. Antisense technologie byla vyvíjena již mnoho let k boji proti virovým, parazitárním a bakteriálním infekcím. Antisense technologie byla použita jako antibakteriální činidla a byla testována proti většině klinických izolátů MDR včetně rezistentních na karbapenemEscherichia colibeta-laktamáza s rozšířeným spektremKlebsiella pneumoniae, New Delhi metallo-beta laktamáza-1 přenášejícíKlebsiella pneumoniaea MDRSalmonella enterica. V tomto přehledu se zaměříme na oligonukleotidovou terapii jako účinný přístup ke snížení rezistence bakterií vůči antibiotické léčbě [230].

7.1. Mechanismus působení

V zásadě je hlavní funkcí antibiotik přímo inhibovat růst a/neboživotaschopnost bakterií zacílením na konzervované dráhy, jako je replikace DNA, buněčná stěnasyntézu, syntézu bílkovin a metabolismus. Naopak použitím antisense technologie jako terapeutických činidel v mikroorganismech se antisense činidla vážou na komplementární cílovou mRNA a umlčují translaci nebo podporují degradaci cílené mRNA. Bylo vyvinuto několik platforem založených na oligonukleotidech, dva primární přístupy pro umlčení genové exprese zahrnují antisense oligonukleotidy a krátké interferující RNA. Oba mají komplementární sekvence ke své cílové mRNA. Hybridizace oligonukleotidu inhibuje translaci odpovídajícího genu prostřednictvím degradace cílové mRNA nebo obstrukce ribozomální vazby [229,231–233]. V současnosti mezi hlavní chemické struktury, které byly navrženy pro antisense biotechnologii, patří fosforothioáty, uzamčené nukleové kyseliny, peptidové nukleové kyseliny a fosforodiamidátové morfolino oligomery [229,233]. Nejdůležitějším zájmem antisense terapeutik bylo dodání syntetických antisense oligomerů do bakteriální cytoplazmy, což vyžaduje připojení další sloučeniny, která může proniknout bakteriální buněčnou stěnou. Nedávné studie používaly antisense oligomery spojené s peptidy pronikajícími do buněk nebo sekvencí střídajících se kationtových a nepolárních aminokyselin, protože buněčné stěny bakterií jsou téměř neproniknutelné oligomery s vysokou molekulovou hmotností.229,234,235].

7.2. Účinnost

V únoru 2017 zveřejnila WHO svůj vůbec první seznam „prioritních patogenů“ odolných vůči antibiotikům – katalog 12 rodin bakterií, které představují největší hrozbu pro lidské zdraví [236]. Tyto bakterie se staly odolnými vůči velkému počtu antibiotik, včetně karbapenemů a cefalosporinů třetí generace [5]. Jako řešení tohoto problému nabízejí antisense terapeutika potenciál pro genové sekvence specifické terapie, které mohou cílit na širokou škálu cest v bakteriích, lze je rychle navrhnout a jsou více adaptabilní na rezistenci než konvenční molekulová antibiotika.237]. Antisense oligonukleotidy a krátké interferující RNA jsou alternativní strategií pro návrh genově specifických oligomerů, které mohou specificky cílit na jakýkoli jednotlivý patogen. Tento nový přístup téměř eliminuje nebo významně zkracuje čas potřebný k objevu nových antibakteriálních látek a rozšiřuje rozsah potenciálně dostupných cílů na jakýkoli gen se známou sekvencí bází v jakékoli bakterii.229].

7.3. Aplikace v medicíně

Rozšířené spektrum - produkce laktamázy je jedním z hlavních mechanismů rezistence vEnterobacteriaceae. Nedávné studie prokázaly, že oligonukleotidová terapie je účinným přístupem ke snížení odolnosti bakterií vůči antibiotické léčbě [238,239]. Bylo prokázáno, že lipidové oligonukleotidy jsou účinnou strategií jak při dodávání oligonukleotidových sekvencí do prokaryotických buněk, tak při snižování minimální inhibiční koncentrace rezistentních bakterií na cefalosporin třetí generace, ceftriaxon.5]. Strategie cílení na geny antibiotické rezistence má za cíl potlačit expresi antibiotické rezistence, což by obnovilo citlivost na schválené antibiotikum, které by bylo podáváno společně s oligomery. Několik studií odhalilo výhody antisense antimikrobiálních látek na MDR bakterie [230,240,241]. Antisense terapeutika zacílená na gen NDM-1 obnovila citlivost na karbapenemy u druhů gramnegativních patogenů, včetněEscherichia coli, Acinetobacter baumannii, aPseudomonas aeruginosa[230]. Totéž bylo pozorováno při zaměření na aac(60 )-Ib gen, který u mnoha gramnegativních klinických izolátů propůjčuje rezistenci k aminoglykosidům [229,237,242,243]. V současné době nejsou na trhu žádné schválené oligonukleotidové léky pro léčbu bakteriálních infekcí; nicméně existují některé antisense terapie v klinických studiích pro léčbu virových infekcí. Fomivirsen, fosforothioátový oligodeoxynukleotid, je jediným schváleným antisense terapeutikem, které se zaměřuje na virové infekce [229,231,237,244]. K řešení naléhavé potřeby vývoje nových strategií pro objevování nových antimikrobiálních látek je stále potřeba více experimentálních studií se skutečnými klinickými zkouškami, aby bylo možné je úspěšně použít při léčbě lidských infekčních onemocnění.

8. Transplantace fekální mikrobioty

Mikrobiota neboli „mikrobiální flóra“ je skupina mikroorganismů (bakterií, virů, hub nebo kvasinek) žijících ve specifickém prostředí. Lidské tělo je domovem různých mikroflórů, které se nacházejí na kůži, v dutině ústní, dýchacích cestách, pohlavních cestách nebo střevech. Lidská bytost obsahuje více bakterií než lidských buněk [245]. Střevní mikroflóra je definována jako nejhojnější mikroflóra v lidském těle s více než 100 000 miliardami bakterií (1 až 2 kg bakterií). Nyní je považován za orgán sám o sobě zajišťující různé fyziologické funkce nezbytné pro člověka. Pod vlivem několika jevů se může narušit rovnováha mezi „dobrými“ a „špatnými“ bakteriemi mikrobioty; tato nerovnováha, známá jako dysbióza, je příčinou různých onemocnění různé závažnosti. Fekální transplantace (také nazývaná fekální transplantace nebo fekální bakterioterapie) je pak možným terapeutickým řešením [245]. Antibiotika hrají v těchto jevech hlavní roli tím, že mění diverzitu populací střevní mikroflóry (a zejména bariérový efekt, který mají) a zvyšují intestinální hustotu rezistentních bakterií. Střevní mikroflóra je jádrem fenoménu antibiotické rezistence, protože je jak rezervoárem enterobakterií rezistentních na antibiotika, tak „kolaterální obětí“ užívání antibiotik, které tyto bakterie selektuje.245]. Soubor genů rezistence přítomných ve střevní mikrobiotě se nazývá střevní rezistom. Zahrnuje endogenní nebo "rezidentní" rezistom složený z bakterií rezidentní mikroflóry hostitele a exogenní nebo variabilní rezistom složený z genů rezistence, které přispívají bakteriemi procházejícími mikrobiotou [246]. Rezidentní rezistom klasicky zahrnuje geny chromozomální rezistence, které nejsou spojeny s mobilními strukturami. Naopak, variabilní rezistom je často spojen s mobilními strukturami (jako jsou plazmidy nebo transpozony), které mohou být vyměněny s rezidentními bakteriemi hostitele.247]. Na základě obnovy nové střevní mikroflóry od zdravého dárce [248]. Transplantace fekální mikrobioty (FMT) se v tradiční čínské medicíně používá již od čtvrtého století k léčbě pacientů trpících těžkými průjmy a k léčbě otravy jídlem. Tato technika byla skutečně poprvé popsána před 1700 lety v čínské lékařské příručce „Handy Therapy of Emergency“ od čínského lékaře Ge Hong [249]. V 16. století pak Li Shizhen popsal několik způsobů přípravy stolice pro přípravu na fekální transplantaci, jako je fermentovaný fekální roztok, čerstvé fekální suspenze, stejně jako suché fekální přípravky ze suché stolice [249]. Později v 17. století byla FMT používána pod názvem „transformace“ ve veterinární medicíně podávaná perorálně nebo rektálně k léčbě průjmu, léčbě bachorové acidózy a léčbě bacilární úplavice nebo šigelózy u hospodářských zvířat, hospodářských zvířat [250]. V roce 1958 americký chirurg Ben Eiseman rozpoznal účinnost techniky FMT vaginální cestou pro léčbu pseudomembranózní kolitidy po úspěšné studii na čtyřech pacientech léčených stolicí tlustého střeva (klystýrem) od zdravého dárce.250]. V roce 1983 účinnost léčby recidivClostridium diificileInfekce FMT byly hlášeny Dr. Anna Schwan v časopise "Lancet" [251].

8.1. Aplikace v medicíně

Dekontaminace trávicího traktu spočívá v orálním a/nebo parenterálním podání antibiotik za účelem eradikace patogenních a/nebo multirezistentních bakterií při současném co možná největší úspoře komenzálních bakterií (zejména anaerobních bakterií).252]. Dekontaminace trávicího traktu byla dosud nejčastěji používána k likvidaci enterobakterií (rezistentních nebo ne) u neutropenických subjektů nebo multirezistentních bakterií odpovědných za epidemie na jednotkách intenzivní péče [247]. Vznikající vysoce odolné bakteriální infekce a zejména produkující karbapenemázuEnterobacteriaceae, jsou rostoucím problémem veřejného zdraví. Jejich řízení v nemocnicích, regulované zprávou francouzské Vysoké rady pro veřejné zdraví, zahrnuje opatření posílené izolace, kohort a screeningu kontaktů, která jsou příliš těžkopádná, nákladná a obtížně použitelná [247]. Antibiotická léčba těchto kolonizací je nejen škodlivá, ale zcela zbytečná. Dva klinické případy, jeden v Nizozemsku a druhý ve Francii, na druhou stranu prokázaly účinnostFMT v případech kolonizaceEscherichia colia produkující karbapenemázuKlebsiella pneumoniae[253]. Probíhá mnoho studií, které zkoumají tuto možnost léčby [247,254]. Stripling a kol. v kazuistice popsali aplikaci FMT pacientovi po transplantaci srdce a ledvin, který trpí enterokokovou kolonizací rezistentní na vankomycin, současně s recidivujícíClostridium dificilekolitida [255]. Transplantace vedla ke klinickému vyléčeníClostridium difficileinfekce a snížení podílu izolátů enterokoků rezistentních na vankomycin [256]. Infuze fekálního preparátu od zdravého dárce do pacientova gastrointestinálního traktu byla navržena jako nový terapeutický přístup k úpravě onemocnění spojených s patologickou nerovnováhou v rezidentní mikrobiotě, nazývané dysbióza.257]. Používá se k léčbě střevních onemocnění, jako je IBD aClostridium diificileinfekce, ale zatím nejsou k dispozici žádné zprávy o jeho roli v léčbě MRSA enteritidy. Zde jsme uvedli pět případů MSRA enterokolitidy vyléčené FMT v kombinaci s vankomycinem [258]. Poprvé uvádíme změny mikrobioty stolice během terapeutického procesu [257]. 

8.2. Omezení

Nežádoucí účinky spojené s fekální transplantací: výsledky z metaanalýzy FMT týkající se infuze stolice od zdravého dárce do střeva nemocného člověka, aby se obnovila rovnováha jejich střevní flóry [259]. Tento postup byl hodnocen hlavně k léčbě recidivyClostridium difficileinfekce. Ve vědecké literatuře převažují malé případové studie s nedostatečnou standardizací hodnotících kritérií. Přehled literatury zahrnoval 109 publikací popisujících tento postup prováděný u 1555 pacientů. U 1190 z nich se jednalo o opakováníClostridium obtížnéinfekce [257]. U ostatních byla fekální transplantace provedena většinou k léčbě chronického zánětlivého onemocnění střev (IBD). Tato technika byla také zkoumána u syndromu dráždivého tračníku, metabolického syndromu a zácpy. Od října 2014 bylo možné napočítat tři randomizované kontrolované studie: jednu pro metabolický syndrom, jednu pro ulcerózní kolitidu a jednu proClostridium obtížnéinfekce. Způsoby podání byly specifikovány u 946 pacientů. Většina (více než 500) byla transplantována kolonoskopií. U více než 156 pacientů byla provedena klystýrem a u 133 pacientů pomocí nazogastrické sondy. Tato dílčí analýza se zaměřuje na 1190 pacientů, kteří podstoupili fekální transplantaci pro recidivujícíInfekce Clostridium diificile. Během transplantace stolice došlo k jednomu případu perforace stolice, která vyžadovala kolektomii.257,260]. Byly hlášeny dva případy kontaminace noroviry a také čtyři případy gramnegativní bakteriémie, z nichž dva skončily smrtí. Mezi pacienty také trpícími IMiC byla v šesti případech provedena fekální transplantace k léčběClostridium difficileinfekce byla následována exacerbací zánětlivého onemocnění. V této indikaci bylo hlášeno asi deset febrilních epizod a asi sto mírných gastrointestinálních nežádoucích účinků (nevolnost, bolesti břicha, zácpa atd.). Kromě úmrtí, ke kterým došlo po bakteriémii, byla zaznamenána další tři. U jednoho z pacientů se vyšetřovatelé domnívali, že spojení mezi septickým šokem vedoucím ke smrti a fekální transplantací není „jasné“. U jiného pacienta byla na vině sedace podaná k provedení kolonoskopie. Třetí pacient zemřel na septický šok. V celkové anestezii regurgitoval výkaly zavedené endoskopií a poté se stal obětí inhalační pneumonie. Další úmrtí, která se vyskytla v delším časovém horizontu, byla hlášena, aniž by byla prokázána souvislost s transplantací. U 226 pacientů léčených pro IMiC byla nejčastějším nežádoucím účinkem febrilní epizoda (14 případů). Oba autoři zaznamenali šest zhoršení zánětlivého onemocnění a 28 gastrointestinálních nežádoucích účinků: plynatost, zvracení a bolesti břicha [257]. Celkově autoři považují literaturu o fekálních transplantacích za „nekvalitní“ a současná doporučení „nedostatečná“ k tomu, aby lékaři mohli být náležitě informováni. Na základě analýzy literatury považují postup za „obecně bezpečný“, přičemž upozorňují na hlášení několika případů závažných nežádoucích účinků. Bez komparátoru však nelze určit, do jaké míry tyto nežádoucí účinky souvisí s výchozím zdravotním stavem [257].

9. Inhibitory Qorum-Sensing

Quorum sensing (QS) je buněčný komunikační systém, který řídí genovou expresi pod kontrolou hustoty buněčné populace [261]. Řídí expresi různých proteinů v konkrétních buněčných hustotách. Bakteriální buňky produkují malé molekuly podobné hormonům známé jako acyl-homoserin laktonové (AHL) molekuly a hrají roli v signálním systému, proto jsou známé jako signální molekuly [262]. Tyto molekuly jsou přijímány jinými bakteriemi jako součást jejich signálního systému, známého jako QS. Bakteriální buňky obsahují mnoho různých proteinů, jeden z nich AHL syntázu, která produkuje molekuly AHL, které jsou v určitých koncentracích vylučovány mimo buňku a vážou se na QS receptory.262]. Tyto receptory iniciují transkripci různých genů. QS kontroluje různé důležité vlastnosti bakterií: virulenci, motilitu, růst, biofilm, proteázy a elastázu, což z něj dělá pilíř ve většině bakteriálních vlastností [263]. Tato signální molekula se skládá ze dvou hlavních složek: jednoho homoserinového laktonového kruhu a postranního řetězce mastné kyseliny, známého také jako acylový řetězec [264]. Antivirulentní léky mohou být použity samostatně nebo v kombinaci s antibiotiky a jejich cílem, na rozdíl od antibiotik, není zabít bakterie, ale zabránit nebo potlačit jejich schopnost způsobit infekci.265]. Jejich vysoká specifita vůči patogenu vysvětluje menší nepříznivou reakci na hostitelskou mikroflóru a slabší selektivní tlak na lékovou rezistenci [266]. 

9.2. Omezení

Bylo prokázáno, že rezistence vůči QS terapiím by mohla vzniknout mutací genů kódujících efluxní pumpy. Modely in silico by mohly být potenciálním řešením tohoto rozvíjejícího se odporu [271]. Bylo prokázáno, že QS terapie má dopad na lidské zdraví, vedlejší účinky zahrnují modulaci metabolické aktivity mikrobioty [272], ale také působí jako chemoatraktant pro neutrofily. Navíc bylo prokázáno, že indukuje prozánětlivé a proapoptotické reakce v eukaryotických buňkách [273]. To by mohlo vést k exacerbaci prozánětlivých reakcí po použití inhibitorů QS. Navíc se zdá, že konečné výsledky QS terapie závisí na řadě příčin, včetně imunitního stavu infikovaného pacienta, patogenního potenciálu kmene bakterií a životního prostředí.stavy převládající během infekce [274]. Cíl antivirulentních terapií je již znám a charakterizován. Screening komerčních lékových knihoven umožňuje urychlit nalezení molekul s dobrými farmakologickými vlastnostmi, které pomohou při řešení rostoucího problému multirezistentních bakterií.

Dnes začíná nová éra s dlouho očekávaným rostoucím výzkumemnový anti-infekční přístupyproti MDR bakteriím. Tyto terapeutické přístupy jsou jednoznačně asilná neantibiotická možnost omezit obrovský nárůstbakterie odolné vůči antibiotikůmžečelíme v dnešní době. Nelze popřít, že mechanismy účinku těchto terapiíjsou složité na zpracování a toklinické testynejsou dostatečně úplné, aby mohly poskytnoutpravdivé a stručné informace. Nicméně veškeré úsilí vynaložené na vytvoření těchto léčebných postupů jako aklinická rutina musí být prováděna s opatrnostízvážit efektivitua bezpečnostkaždá terapie. Nakonec jsme přesvědčeni, že znalost a zvládnutí odporuvzory a mechanismy působení to lékařům umožnístále více řídit antimikrobiálníléčbak individualizovanému aprecizní lékařský přístup. 

Příspěvky autora:Konceptualizace, MK-H.; na psaní se podíleli všichni autoři – originálpříprava návrhu; psaní – recenze a úpravy, HAM, RB (Rachid Benmessaoud), HY, LS, HGA, MH, RB (Rihabe Boussettine), NF-A., FAL, ID, MME a MK-H.; dozor,MK-H. a MME Všichni autoři si přečetli a souhlasí s publikovanou verzí rukopisu.

Financování:Tento výzkum nezískal žádné externí financování. Článek Poplatek za zpracování (APC) platíUniverzita zdravotnických věd Mohameda VI. (UM6SS).

Střet zájmů:Autoři neprohlašují žádný střet zájmů. Investoři nehráli v návrhu žádnou rolistudie; při shromažďování, analýzách nebo interpretaci dat; při psaní rukopisu, popřv rozhodnutí o zveřejnění výsledků.

Reference

1. Chawla, M.; Verma, J.; Gupta, R.; Das, B. Antibiotické potenciátory proti multirezistentním bakteriím: objev, vývoj a klinický význam.Přední. Microbiol.2022, 13, 887251. [CrossRef] [PubMed] 

2. Li, X.; Ahoj.; Wang, Z.; Wei, J.; Hu, T.; Si, J.; Tao, G.; Zhang, L.; Xie, L.; Abdalla, AE; a kol. Kombinovaná terapie fágů a antibiotik: Dva jsou lepší než jeden.Int. J. Biol. Sci.2021, 17, 3573–3582. [CrossRef] [PubMed] 

3. Lin, J.; Du, F.; Long, M.; Li, P. Omezení fágové terapie a odpovídající strategie optimalizace: Přehled.Molekuly2022, 27, 1857. [CrossRef] [PubMed] 

4. Coates, A.; Hu, Y.; Holt, J.; Yeh, P. Antibiotická kombinovaná terapie proti odolným bakteriálním infekcím: Synergie, omlazení a snížení rezistence.Expert Rev. Anti-infekční Ther.2020, 18, 5–15. [CrossRef] [PubMed] 

5. O'Neill, J.Globální řešení infekcí rezistentních vůči lékům: Závěrečná zpráva a doporučení; Vláda Spojeného království: Londýn, Spojené království, 2016.

6. Zyman, A.; Górski, A.; Mi ˛edzybrodzki, R. Fágová terapie infekcí spojených s ranou.Folia Microbiol.2022, 67, 193–201. [CrossRef]

7. Jernigan, JA; Hatfifield, KM; Wolford, H.; Nelson, RE; Olubajo, B.; Reddy, SC; McCarthy, N.; Paul, P.; McDonald, LC; Kallen, A.; a kol. Multirezistentní bakteriální infekce u hospitalizovaných pacientů v USA, 2012–2017.New Engl. J. Med.2020, 382, 1309–1319. [CrossRef] 

8. Adebisi, YA; Alaran, AJ; Okereke, M.; Dobře, GI; Amos, OA; Olaoye, OC; Oladunjoye, I.; Olanrewaju, AY; Ukor, NA; Lucero-Prisno, DE COVID-19 a antimikrobiální rezistence: recenze.Infikovat. Dis. Res. Zacházet.2021, 14, 11786337211033870. [CrossRef] 

9. Hsu, J. Jak covid-19 zrychluje hrozbu antimikrobiální rezistence.BMJ2020, 369, m1983. [CrossRef]