Leki stosowane w onkologii mogą zmieniać podatność MRSA na β-laktamy – wyniki badań in vitro

Niektóre leki stosowane w onkologii mogą zmieniać wrażliwość metycylinoopornego Staphylococcus aureus (MRSA) na antybiotyki β-laktamowe – wynika z badania eksperymentalnego przeprowadzonego przez naukowców z University of Galway. W warunkach laboratoryjnych 5-fluorouracyl, 5-fluorourydyna, gemcytabina i mitomycyna C nasilały aktywność wybranych antybiotyków wobec MRSA, podczas gdy 6-tioguanina wykazywała działanie przeciwstawne. Wyniki wskazują zarówno na potencjalny kierunek poszukiwania nowych terapii skojarzonych, jak i na potrzebę dokładniejszego poznania interakcji między lekami przeciwnowotworowymi a antybiotykami.

Dlaczego badacze analizowali leki przeciwnowotworowe w MRSA?

Metycylinooporny Staphylococcus aureus (MRSA) pozostaje istotnym problemem związanym z opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe. Charakterystyczną cechą tych szczepów jest oporność na antybiotyki β-laktamowe, obejmujące między innymi penicyliny przeciwgronkowcowe. Ogranicza to możliwość wykorzystania części leków, które w przypadku wrażliwych szczepów S. aureus wykazują dużą aktywność przeciwbakteryjną.

Zespół z School of Biological and Chemical Sciences at University of Galway, w którego skład weszli Aaron C. Nolan, Sarah Byrne, Merve S. Zeden i James P. O’Gara, badał możliwość zmiany podatności MRSA poprzez oddziaływanie na metabolizm nukleotydów bakterii. Punktem wyjścia było pytanie, czy substancje stosowane w innych obszarach medycyny, zwłaszcza związki wpływające na syntezę DNA i metabolizm puryn lub pirymidyn, mogą modyfikować odpowiedź MRSA na istniejące antybiotyki.

Takie podejście nie polega na poszukiwaniu zupełnie nowej klasy antybiotyków. Badacze analizują możliwość wykorzystania dodatkowego związku jako czynnika zwiększającego podatność bakterii na lek przeciwbakteryjny, wobec którego MRSA w typowych warunkach pozostaje oporny. Koncepcja ta wymaga jednak szczególnie ostrożnej interpretacji, ponieważ część badanych substancji to silnie działające leki przeciwnowotworowe, a wyniki doświadczeń laboratoryjnych nie mogą być bezpośrednio przenoszone na leczenie pacjentów.

Jak przeprowadzono badanie laboratoryjne?

Badacze oceniali związki oddziałujące na metabolizm nukleotydów, w tym pięć substancji opisanych w informacji prasowej jako leki przeciwnowotworowe: 5-fluorouracyl (5-FU), 5-fluorourydynę (5-FUrd), gemcytabinę, mitomycynę C oraz 6-tioguaninę. W publikacji oceniano również wybrane związki wykorzystywane w innych wskazaniach przeciwinfekcyjnych.

Eksperymenty obejmowały kilka szczepów MRSA. Autorzy analizowali między innymi minimalne stężenia hamujące, wpływ poszczególnych związków na wzrost bakterii oraz ich interakcje z antybiotykami oddziałującymi na ścianę komórkową. Wykorzystywano także analizy transkryptomiczne, mikroskopię fluorescencyjną oraz doświadczenia dotyczące biofilmu.

Tak zaprojektowane badanie pozwalało ocenić nie tylko, czy określone połączenie hamuje wzrost MRSA, ale również poszukiwać mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za obserwowane działanie.

Cztery związki nasilały działanie β-laktamów, 6-tioguanina działała inaczej

Najbardziej charakterystyczny wynik dotyczył różnicy pomiędzy związkami oddziałującymi na metabolizm pirymidyn a 6-tioguaniną, będącą analogiem purynowym.

5-fluorouracyl, 5-fluorourydyna, gemcytabina i mitomycyna C zwiększały w badaniach laboratoryjnych aktywność antybiotyków β-laktamowych wobec MRSA. W pracy naukowej wykazano synergistyczne interakcje między tymi związkami a oksacyliną i kloksacyliną. Jest to szczególnie interesujące z punktu widzenia biologii oporności, ponieważ MRSA jest z definicji organizmem, w którym skuteczność tej grupy leków została istotnie ograniczona przez mechanizmy oporności.

6-tioguanina zachowywała się odmiennie. Zamiast zwiększać działanie badanych β-laktamów, wykazywała wobec nich efekt antagonistyczny. Oznacza to, że samo zakłócenie metabolizmu nukleotydów nie prowadzi automatycznie do zwiększenia podatności bakterii na antybiotyki. Znaczenie ma konkretny szlak metaboliczny oraz charakter zmian zachodzących w komórce bakteryjnej.

Autorzy publikacji badali również fosfomycynę. Dla 5-fluorouracylu, 5-fluorourydyny i mitomycyny C obserwowano synergistyczne interakcje z tym antybiotykiem, natomiast 6-tioguanina ponownie wykazywała odmienny profil działania.

Zmiany metabolizmu mogą osłabiać budowę ściany komórkowej MRSA

Jednym z najważniejszych elementów pracy było poszukiwanie mechanizmu wyjaśniającego obserwowaną synergistyczną aktywność. Analiza transkryptomiczna wskazała, że związki oddziałujące na metabolizm pirymidyn wpływały na ekspresję genów uczestniczących w przemianach aminokwasów związanych z biosyntezą ściany komórkowej.

Autorzy stwierdzili między innymi zahamowanie szlaków związanych z lizyną i glutaminianem, które są istotnymi składnikami prekursorów peptydoglikanu. Obserwowano również zmiany ekspresji glmS, genu związanego z wczesnym etapem syntezy prekursorów peptydoglikanu.

Peptydoglikan jest podstawowym składnikiem ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich. Zmiany w jego wytwarzaniu mogą wpływać na zdolność komórki bakteryjnej do zachowania integralności podczas działania antybiotyków oddziałujących na ścianę komórkową.

W badaniu z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej połączenie oksacyliny z 5-fluorouracylem, 5-fluorourydyną, gemcytabiną lub mitomycyną C wiązało się z nasileniem zaburzeń procesu tworzenia ściany komórkowej i nieprawidłowościami przegrody podziałowej bakterii. W przypadku 6-tioguaniny obraz był odmienny i zgodny z jej antagonistycznym działaniem wobec β-laktamów.

Badacze analizowali również udział reaktywnych form tlenu w aktywności bakteriobójczej wybranych połączeń. Wyniki doświadczeń sugerowały, że stres oksydacyjny może być jednym z elementów mechanizmu zwiększającego działanie kloksacyliny w obecności niektórych badanych związków.

Aktywność wobec biofilmu MRSA

Istotną częścią badania była ocena biofilmu. Komórki bakteryjne tworzące biofilm różnią się pod względem fizjologicznym od bakterii swobodnie zawieszonych w środowisku, dlatego autorzy osobno analizowali wpływ badanych substancji na już utworzone struktury biofilmowe MRSA.

W doświadczeniach laboratoryjnych związki przeciwnowotworowe wykazywały aktywność przeciwbiofilmową, a w części kombinacji efekt zwiększał się po dodaniu antybiotyków. Autorzy oceniali między innymi połączenia z daptomycyną, ryfampicyną, linezolidem, wankomycyną i fosfomycyną.

Rezultaty te rozszerzają znaczenie obserwacji poza samo zahamowanie wzrostu planktonicznych bakterii. Nadal są to jednak wyniki modelu laboratoryjnego. Nie wykazano na ich podstawie, że analogiczne połączenia leków skutecznie eliminują biofilm MRSA u pacjentów ani że mogą być stosowane jako gotowy schemat terapeutyczny.

Potencjał repozycjonowania leków, ale nie gotowa terapia MRSA

Z perspektywy rozwoju nowych strategii przeciwdrobnoustrojowych atrakcyjna jest możliwość repozycjonowania leków, czyli poszukiwania dla już znanych substancji nowych zastosowań. W tym przypadku problem jest jednak szczególnie złożony. Leki przeciwnowotworowe mają istotne działania biologiczne i toksyczność, a dawka skuteczna wobec bakterii w warunkach laboratoryjnych nie oznacza automatycznie dawki możliwej do bezpiecznego zastosowania u człowieka.

Badanie nie było badaniem klinicznym. Nie oceniano skuteczności leczenia zakażeń MRSA u pacjentów, nie porównywano nowych schematów terapeutycznych w randomizowanym badaniu i nie wykazano korzyści klinicznych wynikających z dodawania cytostatyków do antybiotykoterapii.

Jednocześnie przeciwstawny efekt 6-tioguaniny może mieć znaczenie dla dalszych badań nad interakcjami farmakologicznymi u chorych poddawanych leczeniu onkologicznemu. Wynik laboratoryjny nie pozwala stwierdzić, że 6-tioguanina pogarsza wyniki leczenia zakażeń MRSA u pacjentów, ale wskazuje, że oddziaływanie leków przeciwnowotworowych na bakterie i antybiotyki nie musi być jednokierunkowe.

Potrzebne dalsze badania

Kolejnym etapem powinno być określenie, które elementy zaobserwowanego mechanizmu można wykorzystać bez konieczności stosowania leków przeciwnowotworowych w ich obecnej postaci. Samo wskazanie podatnego szlaku metabolicznego może bowiem stanowić punkt wyjścia do projektowania bardziej selektywnych adiuwantów antybiotykowych.

Praca zespołu z University of Galway pokazuje jednocześnie, że w badaniach nad opornością przeciwdrobnoustrojową warto analizować nie tylko nowe antybiotyki, ale również interakcje istniejących leków z metabolizmem bakterii. W przypadku MRSA szlaki związane z metabolizmem pirymidyn i syntezą ściany komórkowej mogą być szczególnie interesującym kierunkiem dalszych eksperymentów.