Helt siden den skotske forskeren Alexander Fleming oppdaget penicillin, verdens første antibiotikum, har disse fantastiske medisinene blitt dyrket i laboratoriet.
I dag tror Sean Brady, PhD, en mikrobiolog og førsteamanuensis ved Rockefeller University i New York City, at fremtiden for antibiotika kan ligge i bakken like utenfor dørene våre.
Bradys oppdagelse, 90 år etter Flemings avsløring i 1928, kom mens verden står overfor en antibiotikakrise.
Såkalte «superbugs» har utviklet resistens mot dusinvis av svært effektive antibiotika.
Resultatet har blitt infeksjoner som blir stadig vanskeligere å behandle.
Sentrene for sykdomskontroll og forebygging (CDC) forhold at minst 2 millioner mennesker i USA er infisert med antibiotika-resistente bakterier hvert år. Minst 23 000 av dem dør hvert år som en direkte følge av disse infeksjonene.
Dessuten er det verdsatt at det globale dødstall fra antibiotika-resistente infeksjoner kan nå 10 millioner per år innen 2050.
Leter etter løsninger
Over hele verden kjemper forskere mot tiden for å utvikle nye molekyler som ødelegger mikrober. Forskerne sier imidlertid at de fleste av de enkle svarene allerede er funnet.
I stedet for å dyrke antibiotika i en petriskål som Fleming og forskerne som fulgte ham, håper Brady å finne nye medisiner i jorda.
«Det er tusenvis av bakterier i jorden, uansett hvor du setter din fot – et potensielt reservoar av antibiotika,» sa Brady til Healthline. «Mange av dem produserer molekyler som aldri har vært sett før.»
Brady og kollegene hans la ut deres studere forrige måned i tidsskriftet Nature Microbiology.
De rapporterte oppdagelsen av en ny klasse antibiotika, utvunnet fra ukjente mikroorganismer som lever i jorda.
Denne klassen, som de kaller «malacidine», drepte flere superbugs hos laboratorierotter, inkludert den fryktede meticillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA), uten å generere motstand.
Det nye antibiotikumet angrep og eliminerte dyrenes MRSA-hudinfeksjoner i løpet av ett døgn.
«En betydelig del av medisinene vi bruker i klinikken i dag, spesielt antibiotika, kommer fra karakterisering av molekyler produsert av levende ting, spesielt bakterier,» sa Brady.
«De fleste av våre antibiotika er forbindelser som vi har preget av bakterier, som sannsynligvis er der ute for en bakterie å drepe andre bakterier,» forklarte han. «De kommer ikke fra det folk forestiller seg: kjemikerne i laboratoriet bygger tilfeldige forbindelser og – plutselig – har du et antibiotikum.».
Dette er hvordan penicillin, tetracyklin og vankomycin – antibiotika i siste utvei – ble funnet – sa han.
Imidlertid har denne tilnærmingen de siste årene begynt å vise avtagende avkastning.
«Forslaget var at vi hadde funnet alt som var der ute, og derfor må vi gå til andre steder for å lete etter antibiotika,» sa Brady. «Så, de fleste av disse forbindelsene kommer fra dyrking av bakterier. Men du kan også dyrke bakterier fra en jordprøve.».
«Vi dyrker ikke de fleste bakterier utenfor miljøet,» la han til. «Så antibiotikaen vi oppdager kommer fra forskere som prøver å finne ut hvordan man dyrker én prosent av bakteriene der ute. Det viser seg at 99% av antibiotikaene vi ikke kan dyrke, så vi kan ikke se etter hvilke antibiotika de kan produsere «.
«Selv med insektene vi dyrker i laboratoriet, mangler vi det meste av kjemien de produserer eller stoffene de kan produsere,» sa Brady.
Et tiår med forskning
Forskere begynte å jobbe med en ny tilnærming for rundt 10 år siden.
I stedet for å prøve å dyrke bakteriene, tok de jorda og hentet ut DNA fra det og puttet det inn i bakterier som kunne vokse, sa Brady.
Dette har han brukt de siste ti årene på i forskningsgruppen sin.
Forskere andre steder, som bruker metagenomikk, leter tilsynelatende også etter nye antibiotika hos andre usannsynlige steder – havvann og insekttarm.
«Vi tar bakteriene fra skitten, varmer opp skitten i nærvær av et vaskemiddel og renser DNAet som frigjøres,» sa Brady. «DNA er bare DNA, uansett hvor det kommer fra, og vi setter det inn i insektene vi dyrker i laboratoriet. Det som skjer er at du går gjennom disse klonene, disse laboratoriefeilene og identifiserer de som er mest interessante og som kan produsere antibiotika.
«Vi analyserer alle sekvenserte data ved å bruke metagenomikk, som er neste generasjons sekvenseringsteknologi,» forklarte han «Insekter samler gener fra miljøet. Vi satte det inn i et insekt og det produserte to nye antibiotika.
Målet, sa Brady, er å dyrke bakterier i nærvær av et antibiotikum.
«Og du vil at bakterier ikke skal drepe menneskelige celler og aldri utvikle resistens mot antibiotika,» bemerket han.
Et verdensomspennende problem
Antibiotikaresistens er et stort problem i den ikke-vestlige verden.
Dr Peter Collignon, en ledende antibiotikaresistensekspert, infeksjonslege og mikrobiolog ved Canberra Hospital i Australia, sa: «Superbugs er et problem og de blir verre.».
«Det er mye mer et problem i utviklingsland, men de er et problem overalt, inkludert i USA, Australia og Europa,» sa han til Healthline.
«Vi har livstruende infeksjoner som er vanskelige å behandle og noen ganger umulige å behandle,» sa Collignon. «Selvfølgelig er dette et vestlig verdensperspektiv. Men realiteten er at hvis du er i Kina, Filippinene, Vietnam eller India, er mange svært vanlige infeksjoner faktisk uhelbredelige på grunn av så mye antibiotikaresistens.
En offentlig oppfatning er at forskrivning av antibiotika for ofte har resultert i superbugs.
«Vi tilskriver overdreven resistens til overforbruk av antibiotika,» sa Collignon. «Men jeg tror det virkelige problemet er fordelingen av resistente bakterier i gener og, i verden, gjennom forurenset vann. Du har vann forurenset av mennesker og dyr og av antibiotika og insekter i vannet.
«Vi drikker det vannet eller fordeler det over grønnsakene,» forklarte han. «På denne måten har vi superbugs som vi administrerer mer antibiotika, effektivt, i tarmen vår. Og det går rundt og rundt i en stadig økende syklus».
Hovedårsaken til at utviklingsland har mange flere superbugs er fordi vannforsyningen og sanitærforholdet er mye dårligere.
Politiske og sosiale forhold kan også påvirke antibiotikaresistens.
«Vi gjorde en interessant studie for noen år siden som forårsaket litt kontrovers,» sa Collignon. «Vi har funnet i Europa – og vi utvider det til hele verden – en større sammenheng med korrupsjon i et land enn med bruk av antibiotika. Fordi korrupsjon er en surrogatindikator på andre ting som går galt, for eksempel at vannforsyningen din ikke er så god som den burde være, eller matforsyningen din, eller til og med kvaliteten på stoffene dine.
«Et lands kultur, i kunstnerisk snarere enn vitenskapelig forstand, gjør mye forskjell i mengden motstand du ser,» bemerket han. «Og jeg tror den viktigste faktoren er overdreven bruk og ikke å dokumentere hvilke legemidler du bruker og hvordan vi lar resistente bakterier spre seg. Fordi vi ikke følger regler og tar grunnleggende forholdsregler for å forhindre at alle disse tingene sprer seg til infeksjonskontrollerte sykehus og samfunnet.».
Selskaper for fremtiden
Bradys forskning er finansiert av National Institutes of Health og Gates Foundation.
Tidlig i 2016 lanserte Brady et selskap kalt Lodo Therapeutics.
Han beskriver selskapet sitt som et «medisinoppdagelses- og utviklingsselskap fokusert på å skape nye terapier hentet fra naturen».
«Det meste av det som finnes er helt ukjent, og dette er fremtiden,» sa Brady.
Lodo Therapeutics’ oppgave er å jobbe i partnerskap med globale farmasøytiske selskaper og ledende ikke-statlige organisasjoner (NGOer) for å adressere mikrobielle infeksjoner og medikamentresistente kreftformer, sa Brady.
Ved Rockefeller University opprettet Brady også et samfunnsvitenskapelig prosjekt kalt Narkotika fra skitten.
Han og kollegene inviterer folk til å sende jordprøver slik at de kan «samle ting fra det».
Prosjektet vil sende deltakerne et jordoppsamlingssett som inkluderer emballasje fra United States Postal Service, forhåndsbetalte fraktetiketter og en innsamlingsguide for innsamling på stedet i deres område.
Når kan Bradys oppdagelse føre til brukbare medisiner?
«Det er umulig å si når, eller selv om, et tidlig stadium av antibiotikafunn som malacidiner vil fortsette til klinikken,» sa han. «Det er en lang og vanskelig vei fra den første oppdagelsen av et antibiotikum til en enhet som brukes klinisk.».
«Ingen skal tro at dette kommer til å lage et stoff på markedet neste uke,» bemerket han.