صدع في قلعة البكتيريا / كارل زيمر

يحاول علماء الأحياء التطورية محاربة البكتيريا بطريقة جديدة: تدمير حياتهم الاجتماعية 

يبحث رولف كوميرلي عن أدوية جديدة لعلاج الالتهابات القاتلة. يقضي أيامه في مختبر مليء بأطباق بيتري وزجاجات البكتيريا - وهو المكان الذي تتوقع العثور عليه فيه بالضبط. لكن كومرلي جاء إلى هذا المختبر بجامعة زيوريخ بطريقة غريبة. كطالب دكتوراه، أمضى سنوات في السفر إلى جبال الألب السويسرية لدراسة الحياة الاجتماعية للنمل. ولم يحول اهتمامه إلى البكتيريا إلا بعد حصوله على درجة الدكتوراه في علم الأحياء التطوري.
الطريق من النمل إلى المضادات الحيوية ليس متعرجا كما قد يتصور المرء. على مدى عقود، درس العلماء كيفية تطور السلوك التعاوني في المجتمعات الحيوانية، مثل مستعمرات النمل، حيث تعمل الإناث العقيمة على تربية بيض ملكاتها. يشير فرع جديد من العلوم، يسمى أحيانًا "علم الأحياء المجهرية الاجتماعي"، إلى أن بعض المبادئ التي تحكم سلوك النمل يمكن أن تفسر ظهور المجتمعات البكتيرية. مثل النمل، تعيش البكتيريا أيضًا في مجتمعات معقدة، حيث تتواصل مع بعضها البعض للتعاون من أجل الصالح العام. تشير هذه الرؤية الثاقبة للتطور الاجتماعي للبكتيريا إلى استراتيجية جديدة لمكافحة العدوى: فبدلاً من مهاجمة البكتيريا الفردية، كما تفعل المضادات الحيوية التقليدية، يختبر العلماء إمكانية مهاجمة مجموعات بكتيرية بأكملها.
وهناك حاجة الآن إلى استراتيجيات جديدة. لقد طورت البكتيريا مقاومة واسعة النطاق للمضادات الحيوية، وأصبح الطب في أزمة. على سبيل المثال، تشير تقديرات المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) إلى أن 23,000 ألف شخص يموتون في الولايات المتحدة كل عام بسبب العدوى المقاومة للمضادات الحيوية. هناك سلالات من مرض السل ومسببات الأمراض الأخرى التي تقاوم كل الأدوية تقريبًا. يقول أنتوني إس فوسي، مدير المعهد الأمريكي للحساسية والأمراض المعدية: "إنها مشكلة كبيرة". "وهناك كل الأسباب للاعتقاد بأن الوضع سوف يزداد سوءا."
وكانت الاستجابة المشتركة للأزمة هي إبطاء تطور المقاومة وإيجاد أدوية جديدة لتحل محل الأدوية الضعيفة. تتطور البكتيريا المقاومة بلا هوادة، وسوف تستمر في القيام بذلك ما لم نجد طريقة مختلفة لمحاربتها. يقول جون بيبر، عالم الأحياء النظري في المعهد الأمريكي للسرطان: "في كل مرة نقوم بتطوير دواء جديد، يفشل". "والحل هو،" أسرع! سوف نفتح مضادًا حيويًا آخر! إنه فعال لبضعة أشهر، لكنه لم يعد جيدًا بما فيه الكفاية."

إن قدرة العديد من سلالات البكتيريا المعدية على إصابتنا بالمرض تعتمد على السلوك العام. سيبحث علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية عن فرص لتعطيل المجتمع البكتيري، على سبيل المثال عن طريق إضعاف التواصل أو عرقلة الجهود الجماعية للبكتيريا لجمع العناصر الغذائية. وفقا للنظرية التطورية، يجب أن يكون السلوك الجماعي للبكتيريا هدفا ممتازا للأدوية. من الواضح أن الهجوم على الحياة الاجتماعية ليس محصنًا تمامًا ضد التطور. لكن على أقل تقدير قد يؤدي ذلك إلى إبطاء تطور المقاومة إلى حد كبير.

يتعين على علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية التغلب على الكثير من الشكوك. وعلى الرغم من أنهم قدموا حججًا نظرية مفصلة وبعض النتائج التجريبية الواعدة، إلا أن بعض الباحثين يشككون في قدرة الأدوية المستوحاة من التطور على وقف تطور المقاومة. وشركات الأدوية، التي تبتعد عن تطوير المضادات الحيوية بشكل عام، لا تزال غير مستعدة للترويج لهذه الأدوية طوال عملية الموافقة والتسويق.

ومع ذلك، فإن علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية يحظون بالاهتمام. وقد قامت معاهد الصحة الأمريكية (NIH) بصياغة برامج لدراسة مقاومة المضادات الحيوية، ويضع الباحثون مجتمع البكتيريا على رأس الأولويات. وإذا تحققت الآمال، فإن هذه الدراسات ستنجح في عكس العلاقة بين الطب والتطور. التطور، الذي كان تقليديا عدوا في الحرب ضد الجراثيم، سوف يصبح صديقا.

تطور مقاومة الأدوية

لقد تطورت أزمة مقاومة المضادات الحيوية لفترة طويلة. بعد سنوات قليلة من دخول المضادات الحيوية الأولى إلى السوق، في منتصف القرن العشرين، اكتشف الأطباء بالفعل بعض البكتيريا المقاومة لها. وفي ذلك الوقت لم يكن واضحا تماما ما كان يحدث. اليوم، بالطبع، يستطيع العلماء دراسة تطور المقاومة في جميع مكوناتها الجزيئية.
فالبنسلين، على سبيل المثال، يقتل البكتيريا عن طريق الارتباط بالبروتين الذي يساعد البكتيريا على بناء جدران خلاياها. وبدون هذا البروتين تتسرب البكتيريا وتموت. في كل مجموعة من البكتيريا هناك بعض البكتيريا القادرة على حماية نفسها من البنسلين بفضل الطفرة التي نقلتها. على سبيل المثال، تمتلك البكتيريا مضخات تضخ المواد الكيميائية السامة إلى خارج البكتيريا. وقد تؤدي الطفرة إلى منح البكتيريا القدرة على إنتاج المزيد من المضخات وبالتالي التخلص من البنسلين بسرعة وتسمح لبروتيناتها بإنتاج جدار الخلية.
في الظروف العادية، لا توفر مثل هذه الطفرات ميزة تطورية للبكتيريا. ولكن إذا كان المريض يتناول جرعة من البنسلين لمحاربة العدوى، فإن المضخات الإضافية يمكن أن توفر فجأة ميزة كبيرة. تموت البكتيريا التي لا تحتوي على المضخات الإضافية، بينما تستمر البكتيريا التي خضعت لهذه الطفرة في البقاء على قيد الحياة. يتكاثر الناجون وتزيد نسبتهم في السكان. وفي الأجيال القادمة، قد يطور نسلهم، الذي يحمل الطفرة الأصلية، دفاعات أفضل، وأحيانًا من خلال نقل الجينات من سلالات بكتيرية أخرى.
وعلى مدى عقود من الزمن، تم تطوير أدوية جديدة بوتيرة سريعة بما يكفي لتحل محل الأدوية القديمة التي فشلت. ولكن الآن أصبح خط أنابيب المخدرات فارغًا. وتؤدي نفقات تطوير أدوية المضادات الحيوية الجديدة إلى تآكل الأرباح، وقد فرت العديد من شركات الأدوية من تجارة المضادات الحيوية وبدأت الاستثمار في أدوية أكثر ربحية لعلاج السرطان أو اليرقان.
ومع تفاقم الأزمة، اشتاق العلماء إلى مضادات حيوية لا تصبح عتيقة الطراز. وفي بعض الأحيان اكتشفوا ما بدا أنه علاج مقاوم للتطور. ففي عام 1987، على سبيل المثال، اكتشف مايكل زاسلوف، الذي كان يعمل آنذاك في المعاهد الوطنية للصحة، أن جلد الضفادع الطبية يحتوي على سم قوي ضد البكتيريا. وسرعان ما اكتشف زاسلوف وغيره من الباحثين أن البرمائيات لم تكن المنتج الوحيد للسم. أنتج كل حيوان تم اختباره تقريبًا بروتينات صغيرة ذات شحنة كهربائية موجبة يمكنها قتل البكتيريا. تم تسمية هذه المجموعة من البروتينات في النهاية بالببتيدات المضادة للميكروبات.
في مقالات المراجعة وفي الأخبار، ادعى زاسلوف أنه من غير المرجح أن تطور البكتيريا مقاومة للأدوية. وقال إن الحيوانات تستخدم الببتيدات المضادة للميكروبات منذ مئات الملايين من السنين، ولا تزال البكتيريا الموجودة اليوم حساسة لها. في عام 2003، توقع جراهام بيل، عالم الأحياء التطوري في جامعة ماكجيل، أن زاسلوف سوف يُخدع. كما تم اكتشاف البنسلين والعديد من الأدوية الأخرى في الطبيعة، لكن الطب الحديث يقدمها للمرضى بتركيزات كبيرة، وبالتالي يخلق ضغطًا تطوريًا قويًا يسبب زيادة طفرات المقاومة. بمجرد أن يبدأ الأطباء في إعطاء المرضى أقراصًا محملة بالببتيدات المضادة للميكروبات، فإن التاريخ سوف يعيد نفسه.
وضع زاسلوف تحديًا لبيل، وهو اختبار ما إذا كانت البكتيريا ستطور مقاومة للبكسيجانان، وهو أحد الببتيدات الأكثر دراسةً. قام بيل وغابرييل بيرون، الذي كان طالب الدكتوراه في ذلك الوقت، بزراعة بكتيريا الإشريكية القولونية وتعريضها لجرعة منخفضة من البيكسيجانان. ثم أخذوا بعض البكتيريا التي نجت، وأنشأوا مستعمرة جديدة معهم وعرضوها لجرعة أعلى من الدواء. قاموا بزيادة الجرعة على مدار عدة أسابيع وراقبوا تطور البكتيريا التي أصبحت مقاومة تمامًا للبيكسيجانان، تمامًا كما توقع بيل.
اعترف زاسلوف على الفور بأن بيل كان على حق. جعلته التجربة أكثر حذرًا بشأن الببتيدات المضادة للميكروبات. وقال زاسلوف لمجلة نيتشر: "إذا كان من الممكن أن يحدث شيء كهذا في أنبوب اختبار، فمن المحتمل جدًا أن يحدث أيضًا في العالم الحقيقي".
اليوم لا نعرف على وجه اليقين ما إذا كان هذا صحيحًا بالفعل، ولن نعرف ما لم تتم الموافقة أخيرًا على استخدام الببتيدات المضادة للميكروبات. تجري شركات الأدوية حاليًا العديد من التجارب السريرية، ولكن بعد مرور 28 عامًا على اكتشافها، لم تتم الموافقة على الببتيد المضاد للميكروبات لعلاج الالتهابات. إنهم ضحايا خط أنابيب المخدرات البطيء.

التعاون بين البكتيريا

لم يكن بإمكان تشارلز داروين أن يعرف أن البكتيريا ستكون واحدة من أنجح الأمثلة على نظريته في الانتقاء الطبيعي. كان هو وغيره من العلماء في عصره يعرفون القليل جدًا عن كيفية نمو البكتيريا. وفي عام 1859، عندما قدم نظريته في كتابه "أصل الأنواع"، لم يكتب عن البكتيريا، بل عن سمات كانت معروفة في العصر الفيكتوري، مثل فراء الثدييات وألوان الريش.
كتب داروين أيضًا عن السمات الطبيعية المشتركة التي جعلته يخشى في البداية أن تكون فكرته خاطئة. أحدها هو أن العديد من أنواع النمل النشطة تكون عقيمة. وفقا لنظرية داروين، ينشأ الانتقاء الطبيعي من التنافس بين الأفراد من أجل البقاء والتكاثر. ولكن يبدو أن النمل العامل، الذي لا يتكاثر بنفسه، قد خرج تمامًا من المنافسة. كتب داروين أن وجودهم في حد ذاته يبدو "قاتلًا لنظريتي بأكملها".
شك داروين في أن حل مفارقة النمل العامل يكمن في الروابط الأسرية. مستعمرة النمل ليست مجموعة عشوائية من الغرباء. إنها أشبه بعائلة ممتدة. يمكن للنمل المرتبط وراثيًا أن ينتج عددًا أكبر من النسل معًا مما قد ينتج عن محاولات كل نملة للتكاثر بمفردها.
ألهمت أفكار داروين حول التعاون أجيالًا من علماء الأحياء التطورية الذين واصلوا دراستها. هكذا بدأ كومرلي مسيرته العلمية. على سبيل المثال، قام بتسلسل الحمض النووي للنمل في أعشاش مختلفة لمعرفة كيف يؤثر القرب الجيني على سلوكهم تجاه بعضهم البعض. كان البحث رائعًا ولكنه بطيء ومحدود النطاق. ومع اقتراب كومرلي من إكمال درجة الدكتوراه، تعرف على العديد من علماء الأحياء التطورية الذين تحولوا من دراسة الحيوانات الاجتماعية إلى دراسة البكتيريا الاجتماعية.
قد لا ترتبط كلمتا "اجتماعي" و"جرثومة" ببعضهما البعض في أذهان معظم الناس، ولكن تبين أن البكتيريا تعيش في مجتمعات حميمة تعج بالتواصل والتعاون. لنأخذ على سبيل المثال بكتيريا Pseudomonas aeruginosa، وهي سلالة يمكن أن تسبب التهابًا رئويًا حادًا. عندما تغزو إحدى هذه البكتيريا مضيفًا، فإنها تطلق جزيئات الإشارة. يمكن لأعضاء جنسنا البشري تلقي هذه الإشارات بمساعدة مستقبلات خاصة. إن إرسال هذه الجزيئات وامتصاصها هو الطريقة التي تقول بها البكتيريا: "أنا هنا. هل هناك أي شخص آخر هنا مثلي؟"
إذا شعرت البكتيريا أن هناك عددًا كافيًا من الأصدقاء حولها، فإنها تبدأ في التعاون في بناء ملجأ. إنهم يرشون جزيئات لزجة تنتج نوعًا من الحصيرة التي تندمج فيها البكتيريا. يمكن لهذا السطح، المعروف باسم الأغشية الحيوية، أن يلتصق بجدران الرئتين أو الأعضاء الأخرى. في أعماق السطح تكون البكتيريا محمية من هجوم خلايا الجهاز المناعي.
كما تتعاون بكتيريا Pseudomonas في جمع المواد الغذائية. على سبيل المثال، لا يمكن للبكتيريا أن تنمو بدون الحديد، ولكن من الصعب العثور على الحديد الحر في جسم الإنسان، لأن الخلايا تلتقطه وتحبسه داخل الهيموجلوبين والجزيئات الأخرى. للحصول على إمدادات من الحديد، تقوم كل بكتيريا بإطلاق جزيئات تسمى حامل الحديد والتي تكون قادرة على سرقة ذرات الحديد من جزيئاتنا. يقول سام براون، عالم الأحياء التطورية بجامعة إدنبره: "في الواقع، تسرق البكتيريا الحديد". الآن يمكنهم امتصاص حاملات الحديد الحاملة للحديد واستخدام الحديد في النمو.
وهذا تعاون عميق، لأن كل حامل حديدي تمتصه أي بكتيريا ربما يكون قد تم إنتاجه بواسطة واحدة من الملايين من جيرانها. يقول بيبر من المعهد الأمريكي للسرطان: "إن خلية واحدة تدفع الثمن لصالح المستعمرة بأكملها، وليس فقط لمصلحتها الخاصة". يطلق منظرو التطور على هذه الجزيئات اسم المنافع العامة لأنها تفيد عامة الناس، وفي هذه الحالة المجتمع البكتيري. فهي عكس السلعة الخاصة، التي توفر المنفعة فقط للميكروب الذي ينتجها. إن الصالح العام يمثل مفارقة داروينية، لأنه من حيث المبدأ ينبغي للانتقاء الطبيعي أن يقمعها. فالبكتيريا التي عطلت طفرة قدرتها على إنتاج منفعة عامة بنفسها يمكنها أن تستخدم تلك التي ينتجها الآخرون. وينبغي أن يؤدي هذا التفاوت إلى ميزة تطورية لاستغلال البكتيريا. يمكن للبكتيريا التي لا تنتج حاملات الحديد أن تحصل على الحديد دون دفع تكلفة إنتاجها. يجب أن تتكاثر بشكل أسرع من البكتيريا التعاونية وتصبح أكثر شيوعًا. ومع ذلك، فإن البكتيريا التعاونية شائعة في سلالات مثل P. aeruginosa، وليس في السلالات المستغلة.
في العقد الأول من العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، بدأت مجموعة صغيرة من علماء الأحياء التطورية في النظر في هذه الأسئلة المثيرة للاهتمام في الحياة الاجتماعية للبكتيريا. برزت جامعة إدنبره كمركز رائد في علم الأحياء المجهرية الاجتماعي، لذلك تقدم كومرلي بطلبه هناك في عام 2000. لكنه لم يشارك على الفور في التجارب. سنوات من دراسة النمل لم تؤهله للعمل الشاق الذي ينطوي عليه علم الأحياء الدقيقة. كان لا بد من تدريب كوماريلي وغيره من علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية المتدربين على أساليب علم الأحياء الدقيقة. لقد تعلموا كيفية زراعة البكتيريا، وكيفية منع تلوث المزارع، وكيفية تغيير الجينات البكتيرية وكيفية إجراء التجارب. يقول كومرلي: "لقد كنت بحاجة إلى عدة سنوات لتعلم كل الأساليب". "وفي بعض الأحيان لم يأخذنا علماء الأحياء المجهرية الكلاسيكيون على محمل الجد."
في النهاية حصلوا على النتائج. بدأوا في الكشف عن الحيل التي تمنع البكتيريا التعاونية المستغلين من التكاثر. على سبيل المثال، في دراسة مشتركة مع براون، اكتشف كوماريلي أن بكتيريا الزائفة لا تنتج تيارًا مستمرًا من حاملات الحديد، ولكنها تطلقها في انفجار مفاجئ. بمجرد أن تطلق البكتيريا حاملات الحديد، يمكنها إعادة تدوير الجزيئات. فهي تمتص حاملات الحديد المحملة بالحديد، وتزيل ذرات الحديد، ثم تبصق حاملات الحديد مرة أخرى. بفضل متانة حاملات الحديد، لا تحتاج البكتيريا إلى استثمار الكثير من الطاقة في إنتاج حاملات الحديد الجديدة لتحل محل القديمة. الدورة تقلل من تكلفة التعاونيات. كما أنه يقلل من فائدة الاستغلال.
بينما كان علماء الأحياء المجهرية الاجتماعيون يدرسون التطور الاجتماعي للبكتيريا، تساءلوا عما إذا كان بإمكانهم تطبيق أفكارهم بطريقة عملية: إيجاد أدوية جديدة لمكافحة العدوى.

نقطة تحول

من وجهة نظر عالم الأحياء التطوري، جميع المضادات الحيوية التي نستخدمها هي نفسها. كلهم يهاجمون البضائع الخاصة للبكتيريا. إذا تحورت إحدى البكتيريا لحماية ممتلكاتها الخاصة، فإنها ستفوز بالمنافسة ضد البكتيريا الطبيعية. يشير علم الأحياء المجهرية الاجتماعي إلى هدف مختلف لوقف العدوى. يقول بيبر: "بدلاً من مهاجمة الخلايا الفردية، ينبغي للمرء مهاجمة منافعها العامة". تتنبأ النظرية التطورية بأن البكتيريا سوف تكافح من أجل تطوير مقاومة للأدوية التي تهاجم الصالح العام. تخيل، على سبيل المثال، أن الباحثين يطورون عقارًا يهاجم حاملات الحديد. وستكون النتيجة أن البكتيريا سوف تتضور جوعا للحديد.
تخيل الآن أن البكتيريا تخضع لطفرة تحمي حاملاتها الحديدية من الدواء. لن يكون له أي ميزة. تطلق البكتيريا كل حاملاتها الحديدية بشكل تعاوني إلى المضيف، حيث تمتزج الجزيئات. عندما تمتص البكتيريا حامل الحديد الحامل للحديد، فمن المحتمل أنها ليست حامل الحديد الخاص بها. لذلك لن يتمكن المتحولون من التكاثر على حساب أصدقائهم.
طور علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية هذه الحجة لأول مرة بشكل تجريدي باستخدام المعادلات الرياضية والمحاكاة الحاسوبية. يقول بيبر: "نحن نطور كل هذه النظريات ونقول، انظر، هذا يجب أن ينجح إذا جربناه فقط". "لكن كل الجهود ستذهب سدى إذا لم يحاول أحد". ويتم بالفعل إجراء مثل هذه التجارب الآن. في الآونة الأخيرة، على سبيل المثال، قام كومرلي وبراون وزملاؤهما باختبار عقار يهاجم حاملات الحديد. وقد أشارت الدراسات السابقة إلى أن حاملات الحديد التي تنتجها الزائفة تلتقط معدن الغاليوم بنفس السهولة التي تلتقط بها الحديد. وتساءل الباحثون عما إذا كان من الممكن استخدام الغاليوم كدواء يمنع البكتيريا من الحديد.
ولاختبار ذلك، أجروا تجربة على اليرقات. لقد أصابوا الحشرات بالزائفة. تمت معالجة بعض اليرقات بالجاليوم وترك البعض الآخر دون مثل هذا العلاج. جميع اليرقات المعالجة بالجاليوم تعافت، على عكس غيرها، حيث انتشرت العدوى وقتلتها جميعًا. وبعد إثبات إمكانية استخدام الغاليوم كدواء مضاد للبكتيريا، أجرى العلماء تجربة أخرى لمعرفة ما إذا كانت البكتيريا قادرة على تطوير مقاومة للدواء. ووفقاً للاعتبارات النظرية، لا ينبغي لهم أن يطوروا مقاومة. يقول كومرلي: "لقد كنا قلقين عندما أجرينا التجربة التطورية". لقد كان هو وزملاؤه يعلمون جيدًا أن الأدوية الواعدة الأخرى قد استسلمت لقوة التطور. ويضيف: "كنا نأمل فقط ألا يظهر التطور".
ومن أجل تجربتهم الجديدة، قام العلماء بزراعة الزائفة في سائل استنبت يحتوي على الحديد. لكن الحديد كان محصوراً في جزيئات لم تتمكن البكتيريا من امتصاصها. ومن أجل البقاء، احتاجوا إلى حاملات الحديد، التي تستخرج الحديد من الجزيئات. وفي إحدى التجارب، قام العلماء بتعريض البكتيريا للمضادات الحيوية العادية. في البداية، أعاقت الأدوية نمو البكتيريا، ولكن بعد 12 يومًا من التعرض لها، أصبحت البكتيريا مقاومة تمامًا للمضادات الحيوية.
بعد ذلك قاموا بإجراء التجربة مرة أخرى، وهذه المرة قاموا بتعريض البكتيريا للجاليوم بدلا من المضادات الحيوية العادية. أبطأ الغاليوم نمو البكتيريا إلى حد كبير. وبعد 12 يومًا، أصبحت البكتيريا حساسة للجاليوم تمامًا كما كانت في البداية. وقد حققت التجربة توقعات علماء الأحياء المجهرية الاجتماعية. دواء يركز على الصالح العام يمنع البكتيريا من تطوير المقاومة.
يعتقد بيبر، الذي لم يشارك في التجارب، أن تجربة الغاليوم تمثل نجاحًا أساسيًا لعلم الأحياء المجهرية الاجتماعي. ويقول: "أعتقد أن هذا هو بالضبط ما نحتاجه كخطوة تالية". "آمل أن تكون هذه نقطة تحول بالنسبة لنا." ويأمل كومرلي أن يبدأ علماء آخرون في اختبار الغاليوم على الفئران، وربما على البشر في غضون سنوات قليلة. سيكون إجراء مثل هذه التجارب سهلًا نسبيًا، لأن الغاليوم قد تم بالفعل اختباره بدقة على البشر لاستخدامه في العديد من العلاجات الطبية.

العلاجات المحتملة

تعتبر Siderophores مجرد مثال واحد على المنفعة العامة التي قد تكون بمثابة هدف للمخدرات. هناك بكتيريا، على سبيل المثال، تصيبنا بالمرض عن طريق إطلاق السموم. لكنها تفعل ذلك فقط عندما يكون عدد سكانها كبيرًا بما يكفي لإطلاق جرعة فعالة من السم. لذا فهي تطلق السموم التي تتسبب في انفجار خلايانا والتغذي على محتوياتها. الأدوية التي يمكنها تحييد السموم قد تجعل البكتيريا عاجزة دون تدميرها.
ويدرس باحثون آخرون الإشارات التي ترسلها البكتيريا لبعضها البعض. اكتشفوا الجزيئات التي يمكن أن تلحق الضرر بالاتصالات بعدة طرق، مثل منع المستقبلات التي تستجيب عادة للإشارات الجزيئية. إذا لم تتمكن البكتيريا من التواصل مع بعضها البعض، فلن تتمكن من التعاون.
قد يكون للأدوية المضادة للمجتمع ميزة أخرى مقارنة بالمضادات الحيوية العادية: فبدلاً من قتل العديد من أنواع البكتيريا في وقت واحد، قد تكون قادرة على التركيز بشكل أكبر على البكتيريا المستهدفة لأن المنفعة العامة التي تنتجها سلالة واحدة عادة ما تفيد تلك السلالة فقط. لذلك، لا ينبغي للأدوية المعادية للمجتمع أن تقتل البكتيريا الجيدة مع البكتيريا الضارة.
ومع ذلك، على الرغم من أن هذا النهج يبدو واعدا، فإن بعض العلماء يشككون في أن الأدوية المضادة للمجتمع لن تحفز المقاومة. يقوم توماس وود من جامعة بنسلفانيا وزملاؤه بدراسة بعض المركبات الواعدة من هذا النوع. ونتائجها تسبب خيبة الأمل. ففي تجربة دواء يتداخل مع الإشارات بين البكتيريا، على سبيل المثال، اكتشفوا البكتيريا التي سمحت لها طفرة لها بالنمو على الرغم من الدواء. بمعنى آخر، طورت البكتيريا طريقة للعيش بدون منافع عامة. يقول وود: "لست محبطًا". "أعتقد أن هذه الفئة المعينة من الأدوية ليست علاجًا سحريًا."
قد ترجع نتائج وود إلى حقيقة أن بعض المنافع العامة ليست ضرورية حقًا. ولذلك، فإن الأدوية القائمة على التطور يجب أن تركز فقط على الحيوية. ويقول بيبر إنه حتى لو كانت الأدوية المضادة للمجتمع تؤدي فقط إلى إبطاء تطور المقاومة، فإنها ستشكل تقدمًا مهمًا. وحذر قائلاً: "إننا نخسر السباق، والأرواح على المحك". "حتى لو حصلنا على ميزة فقط ضد الخصم، فإن ذلك سينقذ العديد من الأرواح."

باختصار
يعتقد الباحثون في مجال جديد يسمى علم الأحياء المجهرية الاجتماعي أنهم اكتشفوا طريقة جديدة لمكافحة مقاومة البكتيريا المسببة للأمراض للمضادات الحيوية. إنهم يريدون التدخل في العمليات التي تسمح للبكتيريا بالتواصل والتعاون مع بعضها البعض.
تتنبأ نظرية التطور بأنه سيكون من الصعب على البكتيريا تطوير مقاومة ضد هذه الأدوية "المناهضة للمجتمع". ولكن ليس الجميع مقتنعين بأن هذا النهج الجديد لتطوير المضادات الحيوية سينجح.

عن المؤلف
كارل زيمر كاتب عمود في صحيفة نيويورك تايمز ومؤلف 13 كتابًا، بما في ذلك "التطور: فهم الحياة". ركزت مقالته الأخيرة في مجلة Scientific American على أقدم الصخور على وجه الأرض.

قصة حالة

دروس علم الأحياء التطوري
ويأمل الباحثون في تطوير علاجات أكثر فعالية بالمضادات الحيوية من خلال التأثير على الطرق التي تتواصل بها البكتيريا المختلفة وتتعاون مع بعضها البعض. ومن الناحية النظرية، فإن مثل هذا النهج قد يؤدي إلى مقاومة أقل، لأن الخلايا الفردية لن تستفيد من تغيير طريقة استجابتها. تم وصف إحدى الأفكار أدناه، والتي تركز على الجزيء الذي تستخدمه بكتيريا الزائفة لامتصاص الحديد.

الهدف: جمع المواد الغذائية بشكل جماعي
تنتج بكتيريا الزائفة جزيئات تسمى حاملات الحديد لسرقة الحديد من مضيفها، كما هو موضح في المسار الأزرق. يمكن إعادة تدوير كل حامل حديدي واستخدامه من قبل العديد من البكتيريا، وبهذا المعنى فهو منفعة عامة وليس خاصة.

الاستراتيجية: استهلاك السلع المشتركة
يصف المسار الوردي نهجًا علاجيًا مستوحى من علم الأحياء المجهرية الاجتماعي: الإضرار بمنفعة الصالح العام. وهنا يقوض الغاليوم قدرة حاملات الحديد على إمداد التجمعات البكتيرية بالحديد. حتى لو طورت خلية واحدة طفرة مفيدة في حاملات الحديد الخاصة بها، فسوف تموت لأنها ستستخدم على الأرجح حاملات الحديد التي تنتجها البكتيريا الأخرى.

المزيد عن هذا الموضوع
اختراق الأغشية الحيوية البكتيرية: تحدٍ علاجي جديد. كريستوف بوردي وصوفي دي بينتزمان في حوليات العناية المركزة، المجلد. 1، المادة رقم 19؛ 13 يونيو 2011. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21906350
تبريد Siderophore بوساطة الغاليوم كعلاج مضاد للجراثيم قوي تطوريًا. أدين روس جيليسبي وآخرون. في التطور والطب والصحة العامة، المجلد. 2014، لا. 1، الصفحات 18-29؛ 2014. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24480613

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• الحائز على جائزة نوبل سيدني ألتمان: "من الممكن القضاء على مقاومة العديد من البكتيريا للمضادات الحيوية، وشركات الأدوية ليست متعاونة"
• المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها: وصلنا إلى نهاية عصر المضادات الحيوية
• البروفيسور عادا يونات: "إن إحجام شركات الأدوية عن تطوير مضادات حيوية جديدة لأسباب اقتصادية قد يعيدنا عقودًا إلى الوراء عندما يتعلق الأمر بمتوسط ​​العمر المتوقع"
• نوع جديد من المضادات الحيوية سيقضي على البكتيريا المقاومة للأدوية الموجودة