Kan barn som leker i smutsen hjälpa till att upptäcka nya antibiotika i jorden?

Den utbredda och urskillningslösa användningen av antibiotika har gett upphov till en era av antibiotikaresistenta bakteriestammar som utgör ett allvarligt hot mot folkhälsan. Vanliga infektioner blir allt svårare att behandla med för närvarande tillgängliga mediciner.

Världshälsoorganisationen (WHO) har förklarat antimikrobiell resistens (AMR) som en global hälsonödsituation. En studie publicerad i The Lancet uppskattar att läkemedelsresistenta infektioner kan orsaka 10 miljoner dödsfall årligen år 2050, och att västra Afrika söder om Sahara kommer att möta den högsta dödligheten för alla åldrar som kan tillskrivas antimikrobiell resistens. Denna kris sträcker sig bortom människors hälsa och påverkar djur, husdjur och grödor, vilket resulterar i en kumulativ förlust av biljoner för den globala ekonomin.

I ansträngningen att upptäcka nya antibiotika, dyker markmikrober fram som en värdefull resurs som erbjuder ett rikt och mångsidigt ekosystem för forskare att utforska nya terapeutiska föreningar.

Återupptäcker naturens apotek: jordmikrobiomet

Jord är en rik och mångsidig miljö som är hem för många mikroorganismer, inklusive bakterier, svampar och aktinomyceter. Dessa mikroorganismer har utvecklat olika mekanismer för att konkurrera om resurser och överleva i sin ekologiska nisch. Som ett resultat producerar de sekundära metaboliter, inklusive antibiotika, för att få en konkurrensfördel.

Det var därför vi bestämde oss för att fördjupa oss i markens mikrobiomet för att hitta nya antibiotika.

De flesta antibiotika på marknaden isolerades från mikrober som kan finnas i marken, säger Zeinab Khalil, forskare vid Institute of Molecular Bioscience vid University of Queensland.

Till exempel isolerades penicillin, det första allmänt använda antibiotikumet, från svampen. Penicillium. Bland mikroorganismer som finns i jord har aktinomyceter, en typ av filamentösa bakterier, varit särskilt produktiva vid produktion av antibiotika. Streptomyces griseusett släkte av aktinomyceter, användes för att skapa det första effektiva antibiotikumet mot tuberkulos.

Dr Zeinab Khalil. Kredit: Institute of Molecular Bioscience, University of Queensland.

“Det är därför vi bestämde oss för att gräva djupare in i markens mikrobiome för att hitta nya antibiotika”, säger Khalil, som presenterade sitt arbete vid Falling Walls 2023 Scientific Summit som hölls i november förra året i Berlin.

Styr medborgarna, inspirera till nyfikenhet och odla mikrobiella upptäckter

Khalil är en av forskarna bakom Soils for Science, Australiens första medborgarvetenskapliga projekt som engagerar sig med allmänheten för att studera markmikrober. Medborgare som registrerar sig för projektet kommer att få ett lättanvänt kit som innehåller en spade, en baggie, en förbetald postpåse och märkningsinstruktioner. Genom en dedikerad app kan deltagarna logga prover och ta bilder av insamlingsplatser.

Jordprover samlas in och förpackas i specialdesignade uppsamlingspåsar.
Australiensisk jord är en outnyttjad resurs när det gäller att upptäcka mikrober som kan omvandlas till mediciner. Kredit: Institute of Molecular Bioscience, University of Queensland.

Denna fotografiska dokumentation hjälper till att karakterisera miljökontexten och skiljer mellan landsbygds- och stadsmiljöer. Dessutom har forskarna sammanställt ett offentligt onlinegalleri som visar bilder av de olika mikroberna som identifierats i jordproverna. “Vetenskapsgalleriet är en belöning för allmänheten att tacka dem för deras bidrag”, säger Khalil. “Det fungerar också som ett mikroskop eftersom människor kan se vad som händer i skålen där jordmikroberna som de samlat in finns.”

Forskarna planerar också att installera ett nytt robotsystem som kan behandla 100 prover per dag, istället för de 20 per vecka som de för närvarande har kapacitet för. Inuti roboten kommer det att finnas en kamera som kommer att livestreama provbearbetningen.

Barnen blev förvånade över att se hur många mikrober som växte på planet med bara en hand.

Soils for Science samarbetar med universitet, högskolor, skolor, äldreomsorg, barnomsorg, aboriginska företag och andra forskare från akademi och industri. En uppmuntrande aspekt av Soils for Science är barns aktiva deltagande. Projektet innehåller pedagogiska initiativ, som att ge barn praktiska upplevelser, virtuella rundturer och välkomna studenter till laboratoriet.

Nyhetsbrev

“Barn är nästa generation. Lika mycket som vi letar efter nästa generations nya antibiotika måste vi ta hand om våra barn och deras hälsa, säger Khalil.

Hon säger att det ger henne en enorm glädje att få jordprover och hjärtliga anteckningar från barn som uttrycker sin tacksamhet för insatserna från Soils for Science-teamet. Lärare har också tagit steget och lyft fram vetenskapsgalleriets inverkan på klassdiskussioner, vilket ger en värdefull plattform för eleverna att utforska mikrobiell interaktion.

Under skolbesök, efter att barnen har lekt i smutsen, ber Khalil dem att doppa en hand i en petriskål som innehåller det medium som används för att odla mikrober i labbet. De stänger locket på tallriken och låter den stå på en bänk till nästa dag. “Barnen blev förvånade över att se hur många mikrober som växte på planet med bara en hand.”

Ett möjligt antibiotikum

Från de många insamlade proverna kunde Khalil och hans kollegor isolera Wollamidascykliska hexapeptider, från en australisk jord streptomyces isolera. Dessa molekyler visar lovande. in vitro antimikrobiell aktivitet mot Mycobacterium bovis Bacillus Calmette Guérin utan att vara giftigt mot däggdjursceller.

Även om dessa potentiella antibiotika fortfarande behöver studeras och utvärderas grundligt i prekliniska och kliniska prövningar, säger Khalil att resultatet är betydande och visar kraften i medborgarsamarbete. “Det är riktigt bra att jobba tillsammans eftersom vi bor i samma samhälle, så vi måste ta hand om varandra.”

Soils for Science utökar sin inverkan till jordbruket och tar itu med utmaningar som svampinfektioner i grödor. Svamppatogener, som t.ex Phytophthora, kan förstöra grödor och orsaka betydande ekonomiska förluster. Soils for Science syftar till att förbättra skördarna och förhindra jordbrukets ekonomiska bakslag genom att generera molekyler för att hämma dessa patogena svampar. Projektet utforskar också marken på jakt efter mikrober som kan producera nya antiparasitära medel för djurutrymmet.

Projektets omfattning sträcker sig nu utanför Australien, vilket inspirerar forskare i Kanada och Österrike att etablera sina egna versioner av Soils for Science. Det globala samarbetet syftar till att förstärka inverkan av medborgarvetenskap för att upptäcka nya antibiotika och ta itu med utmaningen med antimikrobiell resistens i en bredare skala.

Avslöjar det mikrobiella universum i jord

I sitt tal vid toppmötet i Berlin drog Khalil en parallell mellan den mörka himlen och en handfull jord i en kraftfull analogi. Precis som NASA, med sin teleskopslutare öppen, avslöjade galaxer på en till synes tom himmel, avslöjar Soils for Science ett universum fullt av potential i en handfull jord.

“Ser du bara den mörka jorden och leran? Vi ser ett universum fullt av potential. En stråle av hopp för att skydda vår värld från en framtida tyst pandemi.”



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *