التنقيب عن الفطريات المقاومة للعلاج باستخدام الآلات الجزيئية

تتواجد الفطريات على جلد حوالي 70٪ من السكان ، دون أن تسبب ضررًا أو منفعة. بعض الالتهابات الفطرية ، مثل قدم الرياضي ، طفيفة. آخرون ، مثل المبيضات البيض، يمكن أن تكون مميتة – خاصة للأفراد الذين يعانون من ضعف في جهاز المناعة.

العدوى الفطرية آخذة في الارتفاع بسبب شيخوخة السكان وزيادة انتشار الأمراض المزمنة. في الوقت نفسه ، أصبحت الفطريات أكثر مقاومة للعلاج. نتيجة لذلك ، يمكن أن تصبح العدوى الفطرية قريبًا تهديدًا خطيرًا للصحة العامة.

في عام 2022 ، أصدرت منظمة الصحة العالمية أول “قائمة مسببات الأمراض الفطرية ذات الأولوية” على الإطلاق ، داعية إلى تحسين المراقبة وتدخلات الصحة العامة وتطوير عقاقير جديدة مضادة للفطريات.

نحن فريق متعدد التخصصات من الكيميائيين وعلماء الأحياء نرسم مسارًا جديدًا لمعالجة العدوى المقاومة للأدوية. نحن نستخدم تدريبات نانوية دقيقة لمكافحة مسببات الأمراض الضارة على المستوى الجزيئي. بينما يكافح خط أنابيب أبحاث مضادات الميكروبات التقليدية ، فإن نهجنا لديه القدرة على تجديد الكفاح ضد هذه العدوى المستعصية.

الآلات الجزيئية كمضادات فطريات بديلة

بينما يحتاج الأطباء بشكل عاجل إلى أدوية جديدة مضادة للفطريات ، فإن تطويرها يمثل تحديًا. أولاً ، من الصعب تطوير عقاقير تقتل الفطريات بشكل انتقائي دون الإضرار بالخلايا البشرية بسبب أوجه التشابه العديدة بينها.

ثانيًا ، يمكن للفطريات أن تطور بسرعة مقاومة للعديد من الأدوية المضادة للفطريات في وقت واحد عند إساءة استخدام الأدوية أو الإفراط في استخدامها. على هذا النحو ، فإن تطوير الأدوية المضادة للفطريات يعد أقل جدوى لشركات الأدوية من تطوير الأدوية للحالات المزمنة مثل مرض السكري وارتفاع ضغط الدم التي تتطلب استخدامًا طويل الأمد.

يمكن أن يكمن أحد الحلول لهذه المشكلة في تقنية حائزة على جائزة نوبل: الآلات الجزيئية.

الآلات الجزيئية عبارة عن مركبات اصطناعية تقوم بتدوير مكوناتها بسرعة حوالي 3 ملايين مرة في الثانية عند تعرضها للضوء. يمكن للأطباء استخدام مسبار ذو طرف ضوئي لتنشيط هذه الآلات الجزيئية لعلاج الالتهابات الداخلية ، أو مصباح للعدوى الجلدية. يبدأ الضوء في دوران الآلات ، وتدفعها هذه الحركة الدورانية للحفر من خلال وثقب أغشية الخلية والعضيات ، مما يؤدي إلى موت الخلية.

استخدمت مجموعتنا هذه التقنية لأول مرة لقتل الخلايا السرطانية في عام 2017. لاستهداف الخلايا الصحيحة ، يمكن ربط الآلات الجزيئية بببتيدات معينة ترتبط فقط بالخلايا المرغوبة ، مما يسمح ، على سبيل المثال ، باستهداف أنواع معينة من السرطان. منذ ذلك الحين ، استخدمنا هذه الجزيئات لقتل البكتيريا وتدمير الأنسجة وتحفيز تقلص العضلات. تجعل هذه الخصائص الآلات الجزيئية تقنية جذابة ومرشحة لمواجهة التهديد الفطري المتزايد.

اختبار الآلات الجزيئية المضادة للفطريات

اختبر الباحثون أولاً قدرة الآلات الجزيئية التي تنشط بالضوء على قتل الفطريات المبيضات البيض. يمكن أن تسبب هذه الفطريات التي تشبه الخميرة التهابات مهددة للحياة لدى الأشخاص الذين يعانون من نقص المناعة. مقارنة بالعقاقير التقليدية ، تم قتل الآلات الجزيئية C. البيض أسرع بكثير.

وجدت الدراسات اللاحقة أن الآلات الجزيئية يمكنها أيضًا قتل الفطريات الأخرى ، بما في ذلك العفن دخان الرشاشيات وأنواع الفطريات الجلدية ، أنواع الفطريات التي تسبب التهابات الجلد وفروة الرأس والأظافر. حتى أن الآلات الجزيئية تخلصت من الأغشية الحيوية الفطرية ، وهي عبارة عن تجمعات لزجة ومقاومة لمضادات الميكروبات من الكائنات الحية الدقيقة التي تلتصق ببعضها البعض على الأسطح وتتسبب عادةً في التهابات مرتبطة بالأجهزة الطبية.

على عكس مضادات الفطريات التقليدية ، التي تستهدف غشاء الخلية الفطرية أو جدار الخلية ، فإن الآلات الجزيئية توضع في الميتوكوندريا الفطرية. غالبًا ما يشار إليها باسم “مراكز قوة الخلية” ، تنتج الميتوكوندريا الطاقة لتشغيل الأنشطة الخلوية الأخرى. عندما يتم تنشيطها بالضوء المرئي ، فإن الآلات الجزيئية تدمر الميتوكوندريا الفطرية. بمجرد توقف الميتوكوندريا في الخلية الفطرية عن العمل ، تفقد الخلية مصدر الطاقة وتموت.

في الوقت نفسه ، تعطل الآلات الجزيئية أيضًا المضخات الصغيرة التي تزيل العوامل المضادة للفطريات من الخلية ، وبالتالي تمنع الخلية من المقاومة. نظرًا لأن هذه الآلات الجزيئية تعمل بآلية ميكانيكية بدلاً من آلية كيميائية ، فمن غير المرجح أن تطور الفطريات دفاعات ضد هذا العلاج.

في التجارب المعملية ، أدى الجمع بين الآلات الجزيئية التي تنشط بالضوء مع الأدوية المضادة للفطريات التقليدية أيضًا إلى تقليل كمية الفطريات في C. البيض– الديدان المصابة وفي اظافر الخنازير المصابة Trichophyton rubrum، وهو السبب الأكثر شيوعًا لمرض قدم الرياضي.

حدود جديدة لمكافحة الالتهابات الفطرية

تشير هذه النتائج إلى أن الجمع بين الآلات الجزيئية ومضادات الفطريات التقليدية يمكن أن يحسن العلاجات الحالية ويوفر خيارات جديدة لعلاج السلالات الفطرية المقاومة. يمكن أن تساعد هذه الاستراتيجية أيضًا في تقليل الآثار الجانبية لمضادات الفطريات التقليدية ، مثل اضطراب الجهاز الهضمي وردود الفعل الجلدية.

من المرجح أن تستمر معدلات الإصابة بالفطريات في الارتفاع. على هذا النحو ، فإن الحاجة إلى علاجات جديدة ستصبح أكثر إلحاحًا. يتسبب تغير المناخ بالفعل في ظهور وانتشار فطريات جديدة ممرضة للإنسان ، بما في ذلك المبيضات أوريس. C. أوريس غالبًا ما يكون مقاومًا للعلاج وينتشر بسرعة في مرافق الرعاية الصحية أثناء جائحة COVID-19. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ، فإن أنظمة الرعاية الصحية المتوترة ، والإفراط في استخدام مثبطات المناعة وإساءة استخدام المضادات الحيوية كلها عوامل متورطة في تفشي المرض. C. أوريس.

في المستقبل ، يمكن للباحثين استخدام الذكاء الاصطناعي لإنشاء آلات جزيئية أفضل مضادة للفطريات. باستخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بكيفية تفاعل الآلات الجزيئية المختلفة مع الفطريات والخلايا البشرية ، يمكننا تطوير جزيئات مضادة للفطريات أكثر أمانًا وفعالية تقتل الفطريات على وجه التحديد دون الإضرار بالخلايا السليمة.

لا تزال الآلات الجزيئية المضادة للفطريات في المراحل الأولى من التطوير وليست متاحة بعد للاستخدام السريري الروتيني. ومع ذلك ، فإن البحث المستمر يعطي الأمل في أن هذه الآلات يمكن أن توفر يومًا ما علاجات أفضل للعدوى الفطرية والأمراض المعدية الأخرى.