Recombinant Bacteriocins: Novel Narrow Spectrum Antimicrobial Agents
Recenzentas / Reviewer | |
Recenzentas / Reviewer | |
Komisijos narys / Committee Member | |
Komisijos pirmininkas / Committee Chairman | |
Komisijos narys / Committee Member | |
Daugėlavičius, Rimantas | |
Lopetuso Loris Riccardo |
Hospitalinės bakterinės virškinamosios sistemos (VS) infekcijos yra sunki ir opi sveikatos problema visame pasaulyje, lemianti komplikacijų riziką bei pacientų mirštamumo didėjimą gydymo įstaigose. Šiai sveikatos problemai išspręsti reikalingi milžiniški ekonominiai bei žmogiškieji ištek¬liai. Hospitalinės infekcijos (HI), dar vadinamos nozokominėmis, siejamos su atliekamomis invazinėmis, diagnostikos, gydymo procedūromis, neracio¬naliu antimikrobinių vaistų vartojimu arba susilpnėjusiu imuniniu pacientų atsaku. VS infekcijas lemia įvairūs patogenai: pirmuonys, virusai ir bakte¬rijos, pvz., Escherichia coli, Clostridioides difficile ar Klebsiella genties at¬stovai. Į organizmą patekę patogenai sukelia skirtingo sunkumo pažeidimus – nuo lengvo gastroenterito iki sunkių, gyvybei grėsmingų būklių (pvz., sepsio).
Klebsiella genties bakterijos neseniai buvo įtrauktos į Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) sąrašą kaip vienos pavojingiausių bakterijų, turinčių genetinius pokyčius, lemenčius jų atsparumą ampicilinui ir stiprėjantį atspa¬rumą trečiosios kartos cefalosporinams Europoje. Klebsiella pneumoniae ir Klebsiella quasipneumoniae – tai fakultaty¬vinės, anaerobinės, gramneigiamosios lazdelės, dažnai nustatomos ligoninėse kaip oportunistinės infekcijos, kolonizuojančios žmogaus VS ir nosiaryklę. Neretai šie patogenai sukelia pneumoniją arba šlapimo takų infekcijas. Bakte¬rijos ypač pavojingos nusilpusį imunitetą turintiems pacientams ar asmenims, kuriems atliktos sunkios invazinės procedūros, nes sukelia infekcijas, lemiančias komplikacijas arba padidėjusią mirtingumo tikimybę.
Antibiotikai – veiksmingiausia bakterinių (tarp jų, ir Klebsiella genties) infekcijų gydymo priemonė. Tačiau netinkamas jų vartojimas lemia bakte¬rijų, kurioms būdingas dauginis atsparumas (DA), atsiradimą bei plitimą. Klebsiella atsparumas antibiotikams kai kuriose pasaulio šalyse siekia net iki 70 proc., o su juo susijęs mirštamumas – 40–70 proc. Ši situacija skatina ieškoti alternatyvių antimikrobinių priemonių. Viena alternatyva – bakteriocinai – ribosomų sintetinami peptidai ar maži baltymai, veikiantys artimas bakterijų rūšis. Bakteriocinai turi siaurą veikimo spektą ri mažesnę atsparumo išsivystymo riziką.
Atsižvelgiant į didėjančią būtinybę kurti naujas antimikrobines terapines strategijas, išsaugojančias žarnyno mikrobiotą, šiame darbe analizuotas bakteriocinų poveikis Klebsiella genties bakterijoms – klinikinei praktikai svarbius patogenus, pasižyminčius vis didėjančiu atsparumu antibiotikams. Tyrime taikyti skirtingi virškinimo sistemos infekcijos modeliai, siekiant įvertinti bakteriocinų veiksmingumą esant skirtingoms eksperimentinėms sąlygoms.
Bacterial infections in hospital settings, particularly within the gastro¬intestinal tract (GIT), present a significant challenge to healthcare systems worldwide. Hospital-acquired infections (HAIs), also known as nosocomial infections (NIs), are often linked to invasive procedures, antibiotic use, and compromised immune systems of patients. In the GIT, various bacterial pathogens such as Escherichia coli, Clostridium difficile, and especially Klebsiella species can cause infections ranging from mild gastroenteritis to severe conditions such as colitis and life-threatening sepsis. Notably, Kleb¬siella species, was currently named in the top of World Health Organisation (WHO) superbugs list, because of its widespread resistance to third-gene¬ration antibiotics in the European Region.
Klebsiella pneumoniae and Klebsiella quasipneumoniae are Gram-negative, rod-shaped, facultative anaerobic bacteria commonly found in hospital settings, these bacteria can be opportunistic pathogens, often colo¬nizing the human GIT and nasopharynx. However, these bacteria are also regularly associated with secondary infections, including pneumonia and urinary tract infections. Their presence in hospitals is concerning, especially in patients with compromised immune systems or those undergoing invasive procedures, as they can lead to severe infections with high morbidity and mortality rates. Additionally, their growing resistance to antibiotics further complicates treatment options, making these infections even harder to manage.
Despite antibiotic treatment being one of the main methods in modern medicine to combat bacterial infections, the abundant and inappropriate use of antimicrobial agents leads to the emergence of multi-drug resistant bacteria (MDR). Globally, resistance of Klebsiella bacteria to antimicrobial drugs currently reaches up to 70%, with mortality rates ranging from 40% to 70%. Bacteriocins are antibacterial peptides or small proteins synthesized by bacterial ribosomes, capable of acting against the same or closely related species of bacteria. These antimicrobial agents are currently being globally investigated as a promising option for novel antibiotic-resistant bacterial infections, offering unique advantages over traditional antibiotics. Bacte¬riocins have a narrow spectrum of bacterial inhibition and are less prone to develop resistance compared to antibiotics. Therefore, recombinant bacte¬riocins – KvarIa and KvarM – were chosen as the investigational therapeutic agent for treating drug resistant infections.
To address the growing need for microbiome-sparing antimicrobial strategies, this study investigated the therapeutic potential of bacteriocin-based interventions against Klebsiella species, a group of clinically signi¬ficant pathogens exhibiting increasing multidrug resistance. Gastrointes¬tinal infection models were employed to assess both pathogen virulence and treatment efficacy under conditions that reflect clinically relevant challenges. The main novel scientific contributions of the study, including the develop¬ment of a novel infection model, characterization of pH-dependent drug release, identification of species-specific treatment needs, and evaluation of targeted bacteriocins with minimal impact on the gut microbiota.