แบคทีเรียเหล่านี้กินยาปฏิชีวนะเป็นอาหารกลางวัน
การเคี้ยวยานั้นอาจดูน่ากลัว แต่ก็สามารถควบคุมเพื่อกำจัดมลภาวะจากยาปฏิชีวนะได้
แบคทีเรียมีหลายวิธีในการหลีกเลี่ยงยาที่ผู้คนใช้เพื่อฆ่าพวกมัน บางคนสูบยาออกไป ส่วนอื่น ๆ ปกป้องส่วนที่เปราะบางด้วยการเคลือบป้องกัน แบคทีเรียบางชนิดถึงกับเคี้ยวยา และถ้าพวกเขากำลังเคี้ยว ทำไมไม่กินด้วยล่ะ การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์บางชนิดทำเช่นนั้นได้อย่างไร: พวกมันเปลี่ยนยาที่ใช้ฆ่าพวกมันให้กลายเป็นบุฟเฟ่ต์แบคทีเรีย
สักวันหนึ่งนักวิทยาศาสตร์อาจใช้ประโยชน์จากการค้นพบนี้เพื่อช่วยกำจัดสภาพแวดล้อมที่ก่อมลพิษจากยาเสพติด
ยาปฏิชีวนะตัวแรกบางชนิดซึ่งเป็นสารเคมีที่ใช้ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียนั้นถูกพบในสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในดิน แบคทีเรีย รา และจุลินทรีย์อื่นๆ มักจะกินพื้นที่ อาหาร และทรัพยากรอื่นๆ อย่างต่อเนื่อง บางคนได้พัฒนาสารเคมีเพื่อฆ่ากันเอง ผู้คนเพียงนำโมเลกุลเหล่านั้นไปดัดแปลงเป็นยาและประโยชน์อื่นๆ
แต่ในโลกที่ฆ่าหรือถูกฆ่านี้ อาวุธของแบคทีเรียสามารถกระตุ้นการป้องกันใหม่ของอีกคนหนึ่งได้ และแบคทีเรียบางชนิดที่อาศัยอยู่ในดินได้เรียนรู้ว่าไม่เพียงแต่จะทำลายยาปฏิชีวนะ แต่ยังกินพวกมันด้วย
แมลงดังกล่าวสามารถใช้ส่วนหนึ่งของยาฆ่าเชื้อโรคเป็นเชื้อเพลิงได้ ดาเรีย แวน ไทน์ จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ อธิบาย ในฐานะนักจุลชีววิทยา เธอศึกษาจุลินทรีย์
ทั้งหมดนี้ “สมเหตุสมผล” Van Tyne กล่าว “เนื่องจากยาปฏิชีวนะจำนวนมากมาจากดิน” จนถึงตอนนี้ เธอชี้ให้เห็นว่า นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่า “การกินนั้นได้ผลอย่างไร”
เพื่อจับคนเสพ
Gautam Dantas เป็นนักจุลชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ รัฐมิสซูรี่ เขาและเพื่อนร่วมงานออกเดินทางเพื่อค้นหาว่าแบคทีเรียสามารถใช้ยาปฏิชีวนะได้อย่างปลอดภัยได้อย่างไร อันดับแรก พวกเขาต้องค้นหาเชื้อโรคบางอย่างที่รู้กลอุบาย ในการทำเช่นนั้น พวกเขาต้องการสิ่งสกปรก “พ่อตาและแม่ยายของฉันอาศัยอยู่ในมินนิโซตา พวกเขาส่งดินมาให้เรา” เขากล่าว “เรา [ยัง] ได้รับบางส่วนในเพนซิลเวเนียและไปปีนเขาในแมสซาชูเซตส์”
นักวิทยาศาสตร์ได้เก็บตัวอย่างดินไว้ในจานเพาะเชื้อ ซึ่งเป็นจานตื้นที่ใช้เพาะแบคทีเรีย จากนั้นพวกเขาก็ให้จุลินทรีย์ในดินกินแต่ยาปฏิชีวนะ เช่น เพนิซิลลิน หลังจากนั้นพวกเขาก็รอดูว่ามีแบคทีเรียเติบโตหรือไม่ บางคนทำ จากนั้นนักวิจัยก็แยกแมลงเหล่านี้ออก ให้เพนิซิลลินมากขึ้น และปล่อยให้มันเติบโตมากขึ้น
“มันเป็นกระบวนการที่น่าเบื่อหน่าย” Dantas กล่าว
แม้ว่าแบคทีเรียบางชนิดสามารถเติบโตได้ด้วยยาปฏิชีวนะ แต่พวกเขาก็ไม่ชอบมันมากนัก “มันไม่ใช่อาหารโปรดของพวกเขา” เขากล่าว แบคทีเรียมักจะกินน้ำตาลหรือกรดอะมิโน (ส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน) เมื่อให้ยาปฏิชีวนะเพียงอย่างเดียว จุลินทรีย์จะเติบโตเพียงครึ่งถึงหนึ่งในสามของอัตราที่พวกมันจะเติบโตเมื่อได้รับอาหารตามปกติ
หลังจากทำงานกับจานเพาะเชื้อจำนวนมาก Dantas และกลุ่มของเขาก็เหลือแบคทีเรียสี่ชนิดที่สามารถอยู่รอดได้ด้วยยาปฏิชีวนะ ตอนนี้พวกเขาดูที่ยีน – คำสั่งของเซลล์ – ภายในแบคทีเรียเหล่านี้ พวกเขายังพิจารณาว่าจุลินทรีย์เหล่านี้ผลิตสารเคมีอะไรบ้าง นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาชุดคำสั่งที่ใช้ร่วมกันซึ่งจะทำให้แบคทีเรียสับและกินโมเลกุลเพนิซิลลิน
พวกเขาไม่รู้ว่าแบคทีเรียทั้งสี่จะใช้กลยุทธ์การย่อยยาแบบเดียวกันหรือไม่ “แต่หากพวกเขาทำแบบเดียวกันทั้งหมด” Dantas กล่าว “เส้นทางเดียวกัน [ควร] จะเกิดขึ้น”
และมันก็ทำ
วิธีกินสิงโต … หรือยาปฏิชีวนะ
เพนิซิลลินอยู่ในกลุ่มของยาปฏิชีวนะที่เรียกว่าเบต้าแลคแทม ชื่อนี้มาจากโครงสร้างทางเคมีที่อยู่ตรงกลางของโมเลกุลที่เรียกว่าวงแหวนเบต้าแลคตัม วงแหวนนี้มีคาร์บอนสามอะตอมและหนึ่งอะตอมของไนโตรเจน ยาปฏิชีวนะที่เหลือห้อยลงมาจากวงแหวนนี้ทุกทิศทาง และแบคทีเรียต้องการสามขั้นตอนหลักในการกินเพนิซิลลิน
beta-lactam ring เป็นส่วนที่อันตรายที่สุดของยาปฏิชีวนะ วงแหวนนี้ช่วยให้ยาปฏิชีวนะเข้าสู่ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย จากนั้นจะหยุดผนังจากการยึดเซลล์ไว้ด้วยกัน ของเหลวรั่วไหลออกจากแบคทีเรียทำให้เซลล์ตาย
ขั้นตอนแรกในการแยกยาปฏิชีวนะคือการทุบวงแหวนเบต้าแลคตัมของมัน โดยทำสิ่งนี้ด้วยเอนไซม์ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ช่วยเร่งกระบวนการทางเคมี เอนไซม์นี้เรียกว่าเบต้าแลคทาเมสเคี้ยวเปิดวงแหวน ตอนนี้ยาปฏิชีวนะไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป
ถึงเวลากินแล้ว แต่ถึงแม้จะเปิดวงแหวนเบต้าแลคตัมออก ยาปฏิชีวนะก็ใหญ่เกินกว่าที่แบคทีเรียจะกินได้ทั้งตัว ยาต้องลดขนาดลง
“สมมติว่าคุณต้องการผ่าครึ่งสิงโต” Dantas กล่าว ถ้าผ่าตรงกลางระหว่างขาหน้ากับหลังจะได้สองซีก “แต่พวกเขาไม่เท่ากัน” เขาตั้งข้อสังเกต “คุณมีส่วนหลังและส่วนหน้า มันให้คุณเลือกได้สองทาง: คุณจะกินหัวหรือหางก็ได้”
สำหรับแบคทีเรียที่พยายามทำลายยาปฏิชีวนะ (แทนที่จะเป็นสิงโต) ขั้นตอนที่สองคือการใช้เอนไซม์ที่เรียกว่าอะมิเดส ทำให้โมเลกุลแตกออกเป็นสองส่วน เหลือครึ่งหน้าและครึ่งหลัง
ขั้นตอนสุดท้ายคือการเคี้ยวชิ้นส่วน Dantas และทีมของเขาได้ระบุกลุ่มของเอนไซม์ 15 ชนิดที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นเคยเห็นมาก่อน เอนไซม์ทั้ง 15 ตัวนี้ทำเคล็ดลับ “พวกมันเก่งจริงๆ ที่กินครึ่งหางของ ‘สิงโต’” เขากล่าว เอนไซม์จะลดส่วน “หาง” ของยานี้เป็นส่วนที่เซลล์สามารถนำไปใช้ได้
นักวิทยาศาสตร์ต้องการพิสูจน์ว่ากระบวนการทั้งหมดจำเป็นสำหรับแบคทีเรียที่จะใช้ยาปฏิชีวนะเป็นอาหาร ดังนั้นกลุ่มของ Dantas จึงนำยีนสำหรับสร้างเอนไซม์ที่จำเป็นและติดไว้ในแบคทีเรียชนิดอื่น อันนี้เป็นของสายพันธุ์อื่น พวกเขาใช้ E. coli ซึ่งเป็นเชื้อโรคที่นิยมในห้องทดลอง E. coli โดยปกติจะตายเมื่อเผชิญกับยาปฏิชีวนะจำนวนมาก แต่หลังจากได้รับยีนใหม่ E. coli ก็สามารถกินยาได้
Dantas และเพื่อนร่วมงานของเขาตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขาในวันที่ 30 เมษายนในวารสาร Nature Chemical Biology
กินขยะต้านเชื้อแบคทีเรีย
อาจดูเหมือนเป็นข่าวร้ายที่จุลินทรีย์ในดินสามารถกินยาที่ออกแบบมาเพื่อฆ่าพวกมันได้ แต่ Dantas เห็นว่าเป็นโอกาส
“ปัญหาของยาปฏิชีวนะคือเรามักจะใช้มันมากเกินไป” เขาตั้งข้อสังเกต และยิ่งมีผู้เข้ารับการรักษามากเท่าไหร่ก็ยิ่งขับของเสียออกมามากเท่านั้น ยาที่ขับออกมาเหล่านั้นจะออกจากห้องน้ำซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของของเสียที่ไหลลงสู่ท่อระบายน้ำ นอกจากนี้ยังอาจไหลลงสู่ลำธารจากวัวและปศุสัตว์อื่น ๆ ที่ได้รับการรักษาด้วยยา เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อม ผู้คนต้องการวิธีทำลายยาเหล่านั้น Dantas อธิบาย และกระบวนการของแบคทีเรียที่เพิ่งค้นพบอาจชี้ให้เห็นถึงทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้
Van Tyne กล่าวว่า “การคิดเกี่ยวกับการใช้แบคทีเรียเหล่านี้เพื่อพยายามย่อยสลายยาปฏิชีวนะที่มนุษย์ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมเป็นเรื่องที่น่าสนใจ” แต่เธอเตือนว่านักวิทยาศาสตร์จะต้องระมัดระวังให้มาก แบคทีเรียชอบที่จะแลกเปลี่ยนยีนซึ่งกันและกัน การนำแบคทีเรียดัดแปลงเข้าสู่สิ่งแวดล้อมอาจจบลงด้วยหายนะ เธอกังวล ยังไง? จุลินทรีย์ข้างเคียงที่เป็นอันตรายบางชนิดอาจรับยีนที่จำเป็นเพื่อช่วยให้มันเคี้ยวยาที่หมายจะฆ่ามัน
ยิ่งไปกว่านั้น วิถีทางของแบคทีเรียนี้ได้พัฒนาขึ้นเพื่อจัดการกับยาปฏิชีวนะเพียงชั้นเดียวในดิน มันอาจจะไร้ประโยชน์เมื่อเทียบกับยาที่เกี่ยวข้องที่ผลิตในห้องแล็บ Van Tyne กล่าว
Dantas ยอมรับว่าเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องระมัดระวัง อย่างไรก็ตาม อาจเป็นไปได้ที่จะใช้เอนไซม์เพียงอย่างเดียว แทนที่จะใส่เข้าไปในแบคทีเรียบางชนิด การปล่อยสิ่งที่สามารถกินมลภาวะจากยาปฏิชีวนะได้นั้นมีศักยภาพมากมาย แต่มีความเสี่ยงที่ต้องพิจารณา” เขากล่าว เช่น “ควรทำหรือไม่”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ thewhiteroomtherapy.com