Lytic phage potentiates aztreonam–avibactam in Escherichia coli with layered resistance by disrupting adaptive stress tolerance

في المعركة المستمرة ضد العدوى البكتيرية، يواجه الأطباء خصماً مهيباً: بكتيريا تعلمت كيف تتجاهل أقوى أدويتنا. لعقود من الزمن، اعتمدنا على المضادات الحيوية لقتل هذه الغزاة، لكن البكتيريا تتطور بسرعة، وتطور طبقات من الدفاعات التي تجعل الأدوية عديمة الفائدة. إحدى الاستراتيجيات الشائعة التي تستخدمها البكتيريا هي بناء جدران تمنع دخول الأدوق أو تعيد ضخها للخارج قبل أن تعمل. وعندما تحمل البكتيريا دفاعات متعددة كهذه، تصبح "بكتيريا خارقة"، قادرة على البقاء على قيد الحياة رغم العلاجات التي قد تقتل البكتيريا العادية. لطالما أمل العلماء أن دمج أنواع مختلفة من الهجمات قد يكسر هذه الدفاعات. وتتضمن إحدى الأفكار الواعدة دمج المضادات الحيوية مع العاثيات (البكتيريوفاج)، وهي فيروسات تصيب البكتيريا وتقتلها بشكل طبيعي. وبينما تهاجم المضادات الحيوية آليات الخلية، تعمل العاثيات مثل مفترسات صغيرة تلتصق بالسطح، وتحقن مادتها الوراثية، وتفجر الخلية. والأمل هو أن هذين القوتين قد تعملان معاً بشكل أفضل مما تعملان منفصلتين، مما يخلق تآزراً يغلب دفاعات البكتيريا.

قام فريق من الباحثين في معهد كارولينسكا في السويد مؤخراً باختبار هذه الفكرة ضد سلالة عنيدة بشكل خاص من بكتيريا الإشريكية القولونية (Escherichia coli). كانت هذه البكتيريا تحديداً تمثل تهديداً ثلاثياً: فقد أنتجت إنزيماً يدمر العديد من المضادات الحيوية، وكان لديها طفرة غيرت الهدف الذي كان من المفترض أن يصيبه الدواء، وافتقرت إلى بوابة رئيسية في جدارها الخارجي تسمح عادة بدخول الدواء. قام الباحثون بدمج هذه البكتيريا الخارقة مع عاثية محللة (lytic phage)، وهي فيروس يقتل البكتيريا عن طريق تفجيرها، ومزيج محدد من المضادات الحيوية يسمى "أزتريونام-أفيباكتام". أرادوا معرفة ما إذا كان الفيروس يمكن أن يجعل المضاد الحيوي يعمل مرة أخرى، حتى بجرعات منخفضة حيث يفشل الدواء عادة. وما اكتشفوه لم يكن مجرد حالة بسيطة من قيام الفيروس بفتح باب للدواء، بل كان بالأحرى انهياراً أكثر تعقيداً ومؤقتاً لقدرة البكتيريا على التعامل مع الإجهاد.

بدأت التجربة بتعريض البكتيريا للمضاد الحيوي وحده، والفيروس وحده، ومزيج من كليهما. عندما واجهت البكتيريا المضاد الحيوي بمفرده، نجت جيداً عند الجرعات المنخفضة، ولم تمت إلا عندما كانت تركيزات الدواء عالية جداً. وعند مواجهة الفيروس بمفرده، قُتلت البكتيريا في أعداد كبيرة في البداية، لكن مجموعة صغيرة من الناجين نمت بسرعة، بعد أن طورت مقاومة للفيروس. ومع ذلك، عندما خلط الباحثون الفيروس مع جرعة منخفضة من المضاد الحيوي، كانت النتيجة دراماتيكية. فقد تم القضاء على البكتيريا بفعالية أكبر بكثير مما حدث مع أي من العلاجين بمفرده. كانت "نافذة القتل" هذه أكثر كثافة بين أربع وست ساعات بعد التعرض، حيث قلل المزيج من تعداد البكتيريا بنحو 10,000 مرة مقارنة بالمضاد الحيوي وحده. ولفهم ما كان يحدث داخل الخلايا خلال هذه اللحظة الحرجة، قام العلماء بقياس الحرارة الأيضية للبكتيريا وقراءة نشاطها الجيني عند ساعة واحدة، وأربع ساعات، وأربع وعشرين ساعة.

كشفت القياسات أن العلاج المشترك فعل شيئاً فريداً للحالة الداخلية للبكتيريا. فبينما تسبب المضاد الحيوي وحده أو الفيروس وحده في تنشيط برامج بقاء متنوعة لدى البكتيريا، منع المزيج هذه البرامج من العمل بشكل صحيح. وتحديداً، فشلت البكتيريا في تشغيل أنظمة النسخ الاحتياطي التي تستخدمها عادة للتعامل مع الإجهاد. في الظروف العادية، يمكن للبكتيريا إعادة توجيه طاقتها إلى مسارات بديلة، وإصلاح البروتينات التالفة، وتحييد المواد الكيميائية الضارة. ولكن عند تعرضها للفيروس والدواء في آن واحد، انهارت آليات الإنقاذ هذه. لم تستطع البكتيريا رفع وتيرة دفاعاتها بسرعة كافية للتعامل مع الضغط المزدوج. كان الأمر كما لو أن إجهاد العدوى الفيروسية قد تسبب في تحميل ورشة الإصلاح الداخلية للبكتيريا فوق طاقتها، مما جعلها غير قادرة على إصلاح الضرر الناتج عن المضاد الحيوي.

والأهم من ذلك، استبعد الباحثون عدة احتمالات أخرى قد تكون فسرت هذا النجاح. فقد فحصوا بدقة الجدار الخارجي للبكتيريا لمعرفة ما إذا كان الفيروس قد فتح بطريقة ما الأبواب المسدودة، مما سمح بدخول المزيد من الدواء. وأظهرت البيانات أن الأبواب الرئيسية ظلت مغلقة، ولم يستعد الفيروس قدرة البكتيريا على السماح للدواء بالدخول. كما تحققوا مما إذا كانت البكتيريا قد أوقفت عمل المضخات التي تخرج الدواء عادة، ووجدوا أن هذه المضخات لم تكن العامل الرئيسي أيضاً. وبدلاً من ذلك، أشارت الأدلة إلى فشل مؤقت في تحمل الإجهاد لدى البكتيريا. لم يقم الفيروس بإعادة برمجة البكتيريا جينياً لتصبح ضعيفة؛ بل إن الهجوم المتزامن ببساطة دفع البكتيريا إلى تجاوز حدودها. كانت البكتيريا لا تزال قادرة على المقاومة، لكنها خلال ساعات حرجة، كانت مثقلة للغاية بحيث لا تستطيع استخدام تلك المقاومة.

تشير هذه النتائج إلى طريقة جديدة للتفكير في علاج العدوى الصعبة. لم تأتِ قوة المزيج من إصلاح البكتيريا بشكل دائم أو عكس جينات مقاومتها. بدلاً من ذلك، خلقت لحظة عابرة كانت فيها دفاعات البكتيريا متوترة للغاية لدرجة عدم القدرة على الصمود. لقد عمل الفيروس كضغط ثانٍ أدى، عند دمجه مع المضاد الحيوي، إلى فشل أنظمة إدارة الإجهاد لدى البكتيريا. وهذا "إعادة التحسس الوظيفي" يعني أنه يمكن قتل حتى البكتيريا ذات الطبقات المتعددة من المقاومة إذا تمكن العلاج من إغراق قدرتها على التكيف. وبينما ركزت هذه الدراسة على سلالة واحدة من البكتيريا في بيئة مختبرية، فإن النتائج تقدم مساراً واضحاً للمضي قدماً. فهي تشير إلى أن العثور على الزوج المناسب من الفيروس والدواء قد يسمح للأطباء باستخدام جرعات أقل من المضادات الحيوية لقتل البكتيريا الخارقة، بشرط أن يتمكن المزيج من تعطيل قدرة البكتيريا على موازنة الإجهاد. ويؤكد هذا العمل أن المفتاح في الحرب ضد البكتيريا الخارقة قد لا يكون في إيجاد سلاح أقوى، بل في إيجاد طريقة تجعل دفاعات العدو تنهار تحت وطأة هجوم منسق.