Alternativa terapeutiska tillvägagångssätt till konventionella antibiotika: fördelar, begränsningar och potentiell tillämpning inom medicin Ⅱ

4. Antimikrobiella peptider

De senaste åren har epidemier och utbrott visat att folkhälsan kan vara hotad globalt vad gällerinfektionssjukdomar, så detta problem kräver akut att hitta alternativ tilltraditionella antibiotikasom är nya och mindre benägna för bakteriell resistens. I jakten på nyttantibiotika,antimikrobiella peptider(AMPs), även kända som värdförsvarspeptider, har nyligen fått ett stort intresse [146–148]. AMP är en klass av små peptider som finns brett i naturen och är viktiga komponenter i olika organismers medfödda immunsystem. De har en bred hämmande effekt på bakterier, svampar, parasiter och virus. De upptäcktes 1939, efter upptäckten av lysozymer 1922, när mikrobiologen Rene Dubos isolerade en stam av Bacillus från jorden, ett antibakteriellt medel som kallas gramicidin, som visade sig skydda möss från pneumokockinfektion [149]. Därefter har flera AMPs identifierats i både de prokaryota och eukaryota rikena [150]. Den första djurhärledda AMP som beskrevs var defensin, som isolerades från kanin leukocyter [151], senare identifierades laktoferrin i komjölk, och humana leukocytlysosomer och mänskliga kvinnliga fortplantningsorgan har visat sig innehålla lågmolekylära AMPs [152]. Hittills har mer än 3000 AMP:er upptäckts, karakteriserats och annoterats i AMP-databasen (APD3) [153]. 

Aktuell forskning fokuserar på dessa naturliga föreningar som innovativaanti-infektionsläkemedeloch nya immunmodulatorer [148,154], men också inom livsmedel, boskap, jordbruk och vattenbruk. Intresset för AMP har nyligen ökat under pandemin med allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) i sökandet efter nya antivirala molekyler för att motverka covid-19 [154]. 

Klicka här för att få mer information om Cistanche Herbs As

Alternativa terapeutiska tillvägagångssätt till konventionella antibiotika

4.1. Fördelar

Sedan upptäckten av naturliga bioaktiva AMP:er som i stort sett kan träffa flera patogener, är peptidbaserade terapier under granskning av forskare. AMPs hämmar ett brett spektrum av mikroorganismer genom olika och speciella mekanismer genom att primärt rikta in sig på cellmembran eller specifika intracellulära komponenter [155]. AMP är potentiella multifunktionella terapeutiska medel, som är effektiva mot ett brett spektrum av mikroorganismer. De kallas "naturliga antibiotika". Vissa AMP kan orsaka snabb död av grampositiva och gramnegativa svampar, parasiter, inkapslade virus eller tumörceller inom några minuter. AMP har en låg risk för resistensutveckling och kan till och med hämma antibiotikaresistenta mikroorganismer [155]. Denna princip härrör från det faktum att AMPs generellt (men inte alltid, som specificerats ovan) träffar lipidkomponenten i plasmamembranet, en cellulär komponent som i sig anses vara svår att ändra i sina grundläggande fysikalisk-kemiska egenskaper av mikrobiella mål.

Slutligen ses AMP i allt högre grad som ett lovande terapeutiskt alternativ för behandling av biofilmrelaterade infektioner, ett av de största hoten inom området för bakterieinfektioner. Alla dessa fördelar gör AMPs till idealiska kandidater för farmakologiska tillämpningar. AMPs utövar sina antimikrobiella effekter främst genom två olika mekanismer. Membraninriktade AMP:er förändrar cellmembranets strukturella integritet medan AMP:er som använder icke-membraninriktningsmekanismer primärt hämmar syntesen av nukleinsyror, essentiella enzymer och andra funktionella proteiner. Dessa nya proteiner kan vara av naturligt eller syntetiskt ursprung. AMP från många arter, inklusive amfibier, insekter, däggdjur och fiskar, står för 75,65 procent av totala AMPs, medan resten huvudsakligen kommer från växter och bakterier och står för 13,5 procent respektive 8,53 procent av totala AMPs [156]. Bakteriella AMP kallas ofta bakteriociner, effektiva vid lägre koncentrationer än AMP, och har en begränsad effekt på ett fåtal arter. Bakteriociner uppvisar antimikrobiell aktivitet och hämmar stora mikrobiella konkurrenter [157,158]. Anmärkningsvärt nog är resistens mot antibiotika och bakteriociner oberoende och ingen korsresistens har hittills registrerats [159]. Generna som är involverade i bakteriocinproduktionen är en del av mobila genetiska element som konjugativa transposoner (nisin) och plasmider (laktokocker 972) [160]. Detta underlättar deras förökning och förklarar till exempel förmågan hosP. pentosaceusochLactobacillusatt syntetisera PA1/AcH-förutsägelse [161]. Det kan dras slutsatsen att bakteriociner är ett nytt perspektiv för att övervinna resistensproblemet förutsatt att mekanismfunktionen hos dessa molekyler och deras nedbrytning förstås grundligt. I sin tur är den marina miljön känd för att vara en av de rikaste källorna till AMP, inklusive haven som täcker drygt 70 procent av jorden. Till skillnad från den terrestra miljön är de mer anpassningsbara till tuffa miljöförhållanden, såsom hög salthalt [156,162]. Växthärledda AMP: er är peptider som uppvisar stark och bredspektrum antimikrobiell aktivitet. Förutom den starka mikrobicida aktiviteten hos växt-AMP:er mot virus, bakterier, svampar, parasiter och protozoer, har de också antiinsektsaktivitet mot oomyceter och växtätare, och anticanceraktivitet mot vissa cancerceller [155,156,162,163]. När det gäller insekters AMP spelar de en viktig roll i det humorala immunsystemet. Insekts AMP syntetiseras i kroppsfettet hos en insekt och lagras i hemolymfen [164]. Över 200 AMP har hittills identifierats i insekter

Trots mångfalden av de många fördelarna med AMP extraherat från naturliga källor, har de ett antal nackdelar, inklusive dålig stabilitet, salttolerans och hög toxicitet, vilket hindrar deras utbredda terapeutiska användning, därav uppkomsten av syntetiska AMP. Flera metoder har utvecklats för att designa nya syntetiska AMP genom att modifiera sekvenserna av AMP som finns naturligt i olika organismer. Det har visat sig att små förändringar i aminosyrasammansättningen kan resultera i förändringar i alla konformationella och fysikalisk-kemiska egenskaper hos en peptid [165]. Sammantaget är dessa AMP: er säkra, med inga eller färre toxiska biverkningar och svåra att framkalla bakteriell läkemedelsresistens jämfört med konventionella antibiotika [166]. 

4.2. Tillämpningar inom medicin

AMP är multifunktionella medel med flera terapeutiska funktioner såsom antiinflammatoriska, immunmodulerande, endotoxinneutraliseringsaktiviteter och cytotoxiska effekter på cancerceller, vilket gör dem till goda kandidater för farmakologisk praxis, förutom deras direkta antimikrobiella effekter [167,168]. Snabba och brett spektrumaktiviteter, mångsidiga användningsmöjligheter och låg potential för resistensutveckling av AMP är de viktigaste faktorerna som ökar deras attraktionskraft i den biofarmaceutiska industrin och investeringar på marknaden för peptidantibiotika. Flera studier har rapporterat relevansen av nisin vid behandling av flera infektionssjukdomar, såsom mastit, oral, luftvägar och hud [148,152,169]. Mastit är en vanlig inflammatorisk sjukdom hos ammande kvinnor som leder till att amningen upphör [170]. Staphylococcus aureusochStaphylococcus epidermidisär två vanliga medel som orsakar infektioner associerade med mastit [170]. Peptiden nisin orsakar hämning av bakterietillväxt genom bildandet av membranporer och genom att avbryta cellväggsbiosyntesen genom en specifik lipid II-interaktion [171]. Ett annat exempel på bakteriellt härledda AMP:er som används kliniskt som ett alternativ till antibiotika är gramicidin, som är en blandning av gramicidin A, B och C. Dessa är AMP:er som produceras naturligt avBrevibacillus brevis, med aktivitet mot flera grampositiva bakterier, inducerande membrandepolarisering och följaktligen cellys [152,172,173]. Gramicidin är en beståndsdel i Neosporin®, ett trippelantibiotikum som används i oftalmiska och topikala preparat [152]. Det har godkänts och marknadsförts som en anjonisk AMP för behandling av hudinfektioner orsakade av grampositiva bakterier [174]. En nyligen genomförd studie visade att förbehandling med Tachyplesin III på möss skyddar dem motPseudomonas aeruginosaochAcinetobacter baumanniiinfektion, minskar produktionen av pro-inflammatoriska cytokiner (IL-1 , IL-6 och TNF- ) och inducerar makrofagfagocytos, grundläggande för att utöva bakteriell clearance på ett dosberoende sätt [152,175]. Alla dessa fynd måste bekräftas i humana kliniska prövningar. Med tanke på det stora utbudet av AMP som finns i naturen, förväntas det att andra nya farmakologiskt aktiva peptider inspirerade av naturen kan hitta kliniska tillämpningar i framtiden.

4.3. Begränsningar

Även om AMP har många fördelar har endast tre AMP godkänts av US FDA för terapeutisk användning, nämligen gramicidin, colistin och daptomycin [176]. Gramicidin är aktivt mot en rad Gram-positiva och Gram-negativa bakterier, även om dess allvarliga toxicitet för humana erytrocyter har en klinisk indikation begränsad till topiska applikationer. Polymyxin och colistin, som är katjoniska peptider som har använts i decennier, har sett ett återuppvaknande av intresse på senare tid på grund av deras starka aktivitet mot MDR Gram-negativa patogener. Deras förmåga att binda lipid A-komponenten i LPS gör dem till värdefulla vapen, de sista resurserna för att bekämpa septisk chock, trots deras kända nefrotoxicitet. Resistens har emellertid uppstått och sprider sig i en alarmerande takt, vilket äventyrar effektiviteten hos dessa värdefulla terapier. När det gäller daptomycin gavs denna membranbundna cykliska lipopeptid grönt ljus av FDA 2003 för att behandla grampositiva infektioner. På senare år harStaphylococcus aureusResistens har rapporterats allt oftare och sökandet efter substitut som kan utöka den kliniska användningen av detta viktiga antibiotikum pågår aktivt. Utöver AMP-resistensen som beskrivits ovan, finns det en svårighetsgrad att få ut dessa molekyler på marknaden, vare sig det gäller topikal eller systemisk behandling. Polyphors kliniska fas 3-prövningar av säkerhet och effekt av intravenöst murepavadin stoppades i förtid på grund av förhöjda serumkreatininnivåer hos AMP-behandlade patienter, vilket tyder på njursvikt [177]. 

5. Nanopartiklar

De första spåren av mänsklighetens empiriska användning av nanopartiklar går tillbaka till Mayariket (år 800 f.Kr.), de använde ett blått färgämne som kunde motstå väderförhållanden tillverkat av en blandning av nanoporös lera och färgämne som innehåller metalliska nanopartiklar [178]. Produktionen av nanopartiklar har varit ett snabbt växande ämne för biomedicinska tillämpningar, särskilt vid behandling av tumörer och deras diagnostik, sedan början av 1970-talet och exponentiellt sedan 2000-talet [179]. Dessa nanoobjekts enastående egenskaper (optiska, fysikaliska, termiska, kemiska, etc.) möjliggör deras användning som vektorer, såväl som av diagnostiska och terapeutiska skäl. Nanoteknik dedikerad till medicinska tillämpningar definieras idag under termen "nanomedicin". Nanopartiklarna med antimikrobiell aktivitet är oorganiska partiklar av nanometrisk storlek. De kan angripa membranet hos bakterier eller jäst och penetrera dessa patogener för att interagera med ett specifikt mål men också inducera produktionen av fria radikaler. Ännu viktigare, de många och unika verkningsmekanismerna för nanopartiklar gör det osannolikt att bakterier kan utveckla resistens och kan hjälpa till att begränsa den globala krisen med framväxande bakteriell resistens [179,180]. 

5.1. Fördelar

Nanomedicin är en läkemedelsleverans som använder nanovektorer som tillåter transport och frisättning av den aktiva ingrediensen vid dess farmakologiska mål. Detta tillvägagångssätt ökar därför effektiviteten hos läkemedel och begränsar deras negativa effekter genom att modulera den farmakokinetiska vägen och biotillgängligheten [181]. Unika antibakteriella egenskaper finns i metallnanopartiklarna (MNP) tillverkade av silver, guld, zinkoxid och titanoxid. Deras kemiska sammansättning möjliggör längre bindning, aktiv inriktning av antibiotika med ytfunktionalisering vid målplatsen och skydd mot enzymnedbrytning [182]. Det mest intressanta är att de kan leverera antibiotika i det intracellulära utrymmet där patogenen finns. Således förbättrar de läkemedelsstabilisering, ökar läkemedelscirkulationen och ger förbättrad leverans vid målet och högre behandlingseffektivitet. Parallellt minskar de toxicitet och biverkningar, ökar det antibakteriella spektrumet och minskar den nödvändiga medicindosen och till och med behandlingstiden [183,184]. Alla dessa fördelar gör att de används bland de mest lovande strategierna för att övervinna antibiotikaresistens [185]. 

5.2. Tillämpningar inom medicin

Nanobiotika är nästa generations antibiotika och kan användas som medicinmot bakterieinfektioner med främst intracellulära bakterier. De antibakteriella egenskapernaav ädelmetaller (främst koppar och silver) har varit kända sedan länge och används i vardagen. Till exempel har vissa sjukhus utrustat sina dörrhandtag med kopparbeläggningar för att begränsa överföringen av bakterier i sjukhusmiljön [186]. Studier av nanopartiklar har visat in vitro antimikrobiell aktivitet mot MDR-organismer, inklusive ESKAPE-patogener (Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosaochEnterobacter) [180,187–189]. Faktum är att en studie tydligt fastställde den dosberoende antibakteriella aktiviteten hos silvernanopartiklar mot enterobakterier somEscherichia coliellerKlebsiella pneumoniaemed en hedervärd MIC på cirka 1,4µg/mL, såväl som den antibakteriella aktiviteten av gentamicin, cefotaxim och meropenem mot dessa arter ökade i samtidig närvaro av silvernanopartiklar [190]. Andra studier har visat både in vitro och in vivo effektivitet mot grampositiva och gramnegativa bakterier [191,192]. Dessutom kan det vara ett alternativ vid behandling av tuberkulos, som är ett stort hälsoproblem som smittar miljontals människor över hela världen. Missbruk av förstahandsläkemedel kan leda till MDR-tuberkulos, som sedan behandlas med kemoterapi eller andrahandsläkemedel som etionamid (ETH). Patienter har dock ofta svårt att följa behandlingsregimer som kräver höga doser av ETH. Nanopartiklarna skulle kunna kapsla in synergistiska läkemedel, vilket avsevärt skulle förenkla behandlingen och öka patientens följsamhet [181]. I slutändan förblir alla dessa studier i experimentell skala, in vitro eller in vivo med användning av djurmodeller. Klinisk översättning kräver en grundlig förståelse av farmakokinetiken och farmakodynamiken hos NP och en utvärdering av deras toxicitet på cellulär och systemisk nivå [180]. Därför har metallnanobiotika visat sig vara effektivare än antibiotika enbart på grund av deras stabilitet vid infektioner orsakade av intracellulära bakterier [193–195]. I praktiken skulle nan-obiotika tillhandahålla läkemedelstillförselsystem för systemiska, orala, transdermala eller andra appliceringsmetoder, bättre antibakteriellt sårförband, utmärkta implanterbara beläggningar för medicinsk utrustning och effektivare antibakteriella vaccinadjuvans [193].

5.3. Kombination

TerapiNanopartiklarna kan kombineras till antimikrobiella läkemedel (antibiotika, antivirala medel, svampdödande medel). Kombinationen med antibiotikamolekyler är den mest dokumenterade, och de kallas nanobiotika [196]. MNP:erna används för sin reducerade kostnad, enkla syntes och användning [193]. MNP:erna är baserade på olika typer av metall: främst guld (Au), silver (Ag), kopparoxid (CuO), järnoxid (Fe)3O4 eller Fe2O3titandioxid (TiO2), och zinkoxid (ZnO) [193]. Silvernanopartiklar (AgNP) används inte bara i forskningslaboratorier utan även inom human- och veterinärområdet på grund av deras katalytiska, unika optiska och biologiska egenskaper. Guldnanopartiklar (AuNP) stora fördelar är deras enkla produktion och modifiering av en eller flera kemiskt distinkta tiolligander och de anses vara den minst toxiska MNP [182]. Eftersom MNP fungerar som läkemedelsbärare gör de det lättare för antibiotika att transporteras till cellytan. Denna interaktion mellan nanopartiklarna och antibiotika ökar koncentrationen av antimikrobiella läkemedel på specifika platser på cellmembranet. Speciellt förbättras kontakten med celler och permeabiliteten hos membranen ökas av AgNPs och AuNPs affinitet för svavelinnehållande proteiner i bakteriecellsmembran. Detta gör det lättare för antibiotikan att komma in i cellen [194].

5.4. Begränsningar

Nanopartiklar utgör en risk för människors hälsa trots deras utmärkta egenskaper och stora variation av tillämpningar. Studier utförda in vitro och in vivo har visat att MNP kan komma in i celler och orsaka oxidativ stress, inflammation, DNA-skada och organtoxicitet, vilket begränsar deras användning [197,198]. Huvudegenskaperna hos MNP som är ansvariga för deras toxikologiska effekt har tillskrivits:• Storlek, på grund av deras snabba diffusion in i mänskliga celler och deras förmåga att passera över blod-hjärnbarriären (200 nm). NP under 10 nm uppvisar ofta betydande antibakteriell aktivitet men också hög cytotoxicitet;Agglomerering, som hjälper till i sedimenteringsprocessen och saktar ner NP-diffusion vilket ökar effektiva doser;

• Ytladdning, för att kontrollera proteinbindning till NP, cellulärt upptag, oxidativ stress, autofagi, inflammation och apoptos, är NP:s laddning avgörande (laddade NP:er har visat sig vara mer cytotoxiska än neutrala former, och positivt laddade NP:er var mer cytotoxiska än negativa varianter av liknande storlek). För närvarande kan MNP utformas för att minska deras toxicitet för människor [199]. Storleken kan skräddarsys för optimal effektivitet, och täckmedel kan användas för att förhindra agglomeration, undvika oönskad nanopartikeloxidation och förbättra jonfrisättning. Vanligt använda lockmedel är oljesyra, polyakrylsyra, polyetylenglykol (PEG), polyvinylalkohol (PVA) och polyvinylpyrrolidon (PVP) [200,201].

6. Eteriska oljor

Naturliga produkter, såsom medicinalväxter, eteriska oljor (EO) och örtextrakt anses vara lovande alternativa medel. EO är bland de mest ekonomiskt relevanta växtbaserade produkterna och är ofta ansvariga för flera hälsofrämjande egenskaper [202,203]. EO bildas av MAP som sekundära metaboliter och är mycket heterogena blandningar som kan innehålla dussintals föreningar i olika koncentrationer [204]. För närvarande är över 3000 EO kända, varav 10 procent är kommersiellt och ekonomiskt relevanta. Dessa produkter är potentiella reservoarer av många bioaktiva föreningar med flera fördelaktiga egenskaper, och de är anpassade till konsumenternas nuvarande preferenser för naturliga produkter. De erbjuder också fördelen att de tolereras bättre i människokroppen med färre biverkningar [205,206]. 

6.1. Tillämpningar av EO

I naturen spelar EO en viktig roll i skyddet av växter, genom att fungera som antibakteriella, antivirala, svampdödande och insekticider, och även mot växtätare genom att minska deras aptit för sådana växter. De kan också locka till sig vissa insekter för att gynna spridningen av pollen och frön eller stöta bort andra som är oönskade. På grund av deras bakteriedödande och svampdödande egenskaper används de också som alternativ till syntetiska kemiska produkter för att skydda den ekologiska jämvikten utan att visa samma sekundära effekter [207,208]. EO har använts i över 5000 år i olika kulturer och för en mängd olika ändamål, inklusive personlig vård (parfymer och kosmetika), livsmedel, hemvård, repellenter för människor och djur (boskap och husdjur) och hälsofrämjande medel för behandling av olika sjukdomar [203,209–211]. EO är allmänt kända för att utöva olika farmakologiska effekter, såsom antiallergiska (lavendel, salvia), anticancer (salvia), antiinflammatoriska (eukalyptus, lavendel), smärtstillande (lavendel), anxiolytiska (vanlig fänkål), antidepressiva (citron) immunmodulerande ( eukalyptus) antibakteriell (nejlika, spiskummin, timjan, oregano), svampdödande (Curcuma, lavendel, eukalyptus), antiviral (eugenol, eukalyptus, ingefärsgräs, kryddnejlika), insekticid (artemisia, eukalyptus, lavendel) och antioxidantaktivitet (koriander, lavendel) , aneth) [206,212–214]. Dessutom skulle EO kunna användas som alternativa konserveringsmedel för att öka hållbarheten för spannmål och grödor och för livsmedelssäkerhet [215]. Således är sammansättningen och farmakologiska egenskaperna hos EO:er pågående ämnen av omfattande forskningsintresse.

6.2. Antimikrobiell effekt av EOs

EO och deras huvudkomponenter har visat sig vara effektiva för att kontrollera spridningen av vissa bakteriella agens. De antibakteriella egenskaperna hos EO har varit kända under lång tid och idag finns det ett stort antal viktiga publikationer som har bekräftat deras bakteriostatiska och bakteriedödande effekter mot patogena bakteriestammar, även vid mycket låga koncentrationer [216,217]. Flera molekyler som finns i EO är utrustade med antibakteriella egenskaper, särskilt fenoler (som karvakrol, tymol och eugenol), alkoholer (som linalool) och aldehyder (som kanelaldehyd). De antibakteriella effekterna påverkas av olika faktorer såsom den kemiska sammansättningen av den testade EO, den experimentella metoden som används och den testade bakteriestammen. Deras antibakteriella verkanberor på koncentrationen av huvudföreningarna, synergistiska effekter och/eller tillsatser och mindre föreningar närvarande [218,219]. De bioaktiva komponenterna i EO har specifika antibakteriella effekter; till exempel är den cellulära förstörelsen av patogener ett resultat av dessa föreningars förmåga att störa mikroorganismens cellmembran, vilket resulterar i förändringar i cellmorfologi, förändringar i membranpermeabilitet och läckage av elektrolyter. Till exempel kan tymol, carvacrol och eugenol (viktiga fenolföreningar av flera EO) öka mängden C16 och C18 mättade fettsyror och minska mängden C18 omättade fettsyror. Verkan av EO är inte begränsad till själva fettsyrorna utan kan också påverka enzymerna som ansvarar för deras biosyntes. Till exempel har vissa studier visat att vissa EO hämmar av olika mekanismer (konkurrenskraftig, icke-konkurrenskraftig och icke-konkurrenskraftig) [213,220]. De olika komponenterna i EO kan verka på de proteiner som finns i bakterier och påverka celldelningen. Dessutom kan de minska ATP-produktionen och orsaka störningar i membranets andningskedja. Vissa EO:er har en åtgärd på kvorumavkänning, som används av bakterier för att koordinera och säkerställa kommunikation mellan dem [221,222]. Flera studier har undersökt synergin mellan EOs komponenter [223,224]. En variation mellan olika utfall observerades beroende på testorganism, antibiotika och eterisk olja som testades [225]. Kombinationen av två antimikrobiella medel resulterar i en antagonistisk, likgiltig eller synergistisk effekt, beroende på de mekanismer som varje medel utövar mot testorganismen, testorganismens egenskaper och eventuella kemiska interaktioner mellan de två antimikrobiella medlen [226]. 

6.3. Begränsningar

Trots att de är naturliga föreningar och deras terapeutiska tillämpningar har vissa EO rapporterats orsaka biverkningar såsom förgiftning, astma, kontaktdermatit, huvudvärk, ökad blödning, ögonirritation, neurotoxicitet, genotoxicitet och immuntoxicitet. Majoriteten av EO kommer i tillräckligt höga doser att orsaka toxiska effekter. Dessutom kan toxiska effekter uppstå efter förtäring eller hudexponering. Många EO, inklusive lavendel,Nepeta cataria(katmynta), ochMelissa Officinalis(citronmeliss), har undersökts med tester som visar att EO visar toxicitet vid mycket låga koncentrationer. Det antas att en av de primära mekanismerna för cytotoxicitet är membranskada, liknande den som ses hos bakterier och jästsvampar [226–228]. EO innehåller också komplexa föreningar som är mycket ljuskänsliga och känsliga för nedbrytning. Detta kräver bättre lagringsförhållanden för att förhindra att komponentoljekoncentrationerna minskar och hjälper till att bibehålla den eteriska oljan av primär kvalitet med minsta möjliga förfall. En annan utmaning för rationellt utnyttjande av EO av relevanta industrier är deras kvalitetskontroll, såväl som lagstiftningstexterna om deras tillämpningar [228]. 

7. Antisens antimikrobiella terapier

Antisensterapi är en bioteknologisk baserad form av antibiotikaterapi som använder kemiska analoger av korta, enkelsträngade oligomerer som efterliknar strukturen av RNA eller DNA och binder till specifikt, komplementärt RNA i en målorganism. Antisense antimikrobiella läkemedel verkar därför genom att tysta uttrycket av specifika gener [229]. Antisense-tekniken har utvecklats i många år för att bekämpa virus-, parasit- och bakterieinfektioner. Antisense-teknologi har använts som antibakteriella medel och de har testats mot de flesta MDR-kliniska isolat inklusive karbapenem-resistentaEscherichia coli, utökat spektrum beta-laktamasKlebsiella pneumoniae, New Delhi metallo-beta-laktamas-1 bärandeKlebsiella pneumoniaeoch MDRSalmonella enterica. I den här recensionen kommer vi att fokusera på oligonukleotidterapi som ett effektivt tillvägagångssätt för att minska bakteriers motståndskraft mot antibiotikabehandling [230].

7.1. Handlingsmekanism

I grund och botten är antibiotikans huvudfunktion att direkt hämma tillväxten och/ellerbakteriers livsduglighet genom att rikta in sig på konserverade vägar såsom DNA-replikation, cellväggsyntes, proteinsyntes och metabolism. Tvärtom, genom att använda antisensteknologi som terapeutiska medel i mikroorganismer, binder antisensemedel till komplementärt mål-mRNA och tystar translation eller främjar nedbrytning av mål-mRNA:t. Flera oligonukleotidbaserade plattformar har utvecklats, de två primära metoderna för att tysta genuttryck inkluderar antisensoligonukleotider och kortstörande RNA. Båda har komplementära sekvenser till sitt mål-mRNA. Hybridisering av oligonukleotiden hämmar translation av motsvarande gen via nedbrytning av mål-mRNA eller obstruktion av ribosombindning [229,231–233]. För närvarande inkluderar de huvudsakliga kemiska strukturerna som har utformats för antisense bioteknik fosfortioater, låsta nukleinsyror, peptidnukleinsyror och fosforodiamidat morfolino-oligomerer [229,233]. Det viktigaste bekymret för antisensterapi har varit tillförseln av syntetiska antisensoligomerer till den bakteriella cytoplasman som kräver fästning av en annan förening som kan penetrera bakteriecellväggen. Nyligen genomförda studier har använt antisens-oligomerer kopplade av cellpenetrerande peptider eller en sekvens av alternerande katjoniska och opolära aminosyror eftersom bakteriers cellväggar är nästan ogenomträngliga av oligomerer med hög molekylvikt [229,234,235].

7.2. Effektivitet

I februari 2017 publicerade WHO sin första lista över antibiotikaresistenta "prioriterade patogener" - en katalog över 12 bakteriefamiljer som utgör det största hotet mot människors hälsa [236]. Dessa bakterier har blivit resistenta mot ett stort antal antibiotika, inklusive karbapenemer och tredje generationens cefalosporiner [5]. Som en lösning på problemet erbjuder antisensterapier potentialen för gensekvensspecifika terapier som kan riktas mot ett stort antal vägar i bakterier, är snabba att designa och är mer resistensanpassningsbara än konventionella molekylantibiotika [237]. Antisensoligonukleotider och korta interfererande RNA är en alternativ strategi för att designa genspecifika oligomerer som specifikt kan rikta sig mot vilken enskild patogen som helst. Detta nya tillvägagångssätt eliminerar nästan eller minskar avsevärt tiden som krävs för upptäckten av nya antibakteriella medel och breddar utbudet av potentiellt tillgängliga mål till alla gener med en känd bassekvens i vilken bakterie som helst [229].

7.3. Tillämpningar inom medicin

Utökat spektrum -laktamasproduktion är en av de viktigaste resistensmekanismerna iEnterobacteriaceae. Nyligen genomförda studier har visat att oligonukleotidterapi är ett effektivt tillvägagångssätt för att minska bakteriers motståndskraft mot antibiotikabehandlingar [238,239]. Lipidoligonukleotider har visat sig vara en effektiv strategi för att både leverera oligonukleotidsekvenser till prokaryota celler och minska den lägsta hämmande koncentrationen av resistenta bakterier mot tredje generationens cefalosporin, ceftriaxon [5]. Strategin att inrikta sig på antibiotikaresistensgener syftar till att slå ner uttrycket av antibiotikaresistens, vilket skulle återställa känsligheten för ett godkänt antibiotikum som skulle administreras tillsammans med oligomererna. Flera studier har avslöjat fördelarna med antisense-antimikrobiella medel på MDR-bakterier [230,240,241]. Antisensterapi som riktar sig mot NDM-1-genen återställde känsligheten för karbapenemer hos arter av gramnegativa patogener, inklusiveEscherichia coli, Acinetobacter baumannii, ochPseudomonas aeruginosa[230]. Detsamma observerades vid inriktning av aac(60 )-Ib-genen, som ger resistens mot aminoglykosider i många gramnegativa kliniska isolat [229,237,242,243]. Det finns för närvarande inga godkända oligonukleotidläkemedel på marknaden för behandling av bakteriella infektioner; dock finns det några antisensterapier i kliniska prövningar för behandling av virusinfektioner. Fomivirsen, en fosforotioatoligodeoxinukleotid, är det enda godkända antisens-läkemedlet som riktar sig mot virusinfektion [229,231,237,244]. För att möta det akuta behovet av utveckling av nya strategier för upptäckten av nya antimikrobiella medel, finns det fortfarande ett behov av fler experimentella studier med verkliga kliniska prövningar för att framgångsrikt kunna använda dem vid behandling av infektionssjukdomar hos människor.

8. Transplantation av fekal mikrobiota

En mikrobiota, eller "mikrobiell flora", är en grupp av mikroorganismer (bakterier, virus, svampar eller jästsvampar) som lever i en specifik miljö. Människokroppen är hem för olika mikrobiota som finns på huden, munhålan, luftvägarna, könsorganen eller tarmen. En människa innehåller fler bakterier än mänskliga celler [245]. Tarmmikrobiotan definieras som den mest förekommande mikrobiotan i människokroppen med mer än 100,000 miljarder bakterier (1 till 2 kg bakterier). Det anses nu som ett organ i sin egen rätt, som tillhandahåller olika fysiologiska funktioner som är väsentliga för människan. Under påverkan av flera fenomen kan balansen mellan mikrobiotans "bra" och "dåliga" bakterier bryta ner; denna obalans, känd som dysbios, är orsaken till olika sjukdomar av olika svårighetsgrad. Fekal transplantation (även kallad fekal transplantation eller fekal bakterioterapi) är då en möjlig terapeutisk lösning [245]. Antibiotika spelar en stor roll i dessa fenomen genom att förändra mångfalden av populationerna av tarmmikrobiotan (och i synnerhet den barriäreffekt som de utövar) och genom att öka tarmtätheten hos resistenta bakterier. Den intestinala mikrobiotan är kärnan i fenomenet antibiotikaresistens, och är både reservoaren för antibiotikaresistenta enterobakterier och det "bidragsoffret" för antibiotikaanvändning, som väljer ut dessa bakterier [245]. Uppsättningen av resistensgener som finns i tarmmikrobiotan kallas tarmresistom. Det inkluderar det endogena eller "residenta" resistomet som består av bakterierna i värdens bosatta mikrobiota, och det exogena eller variabla resistomet, som består av resistensgener som bidrar med bakterier som transiterar genom mikrobiotan [246]. Klassiskt inkluderar det inhemska resistomet kromosomala resistensgener som inte är associerade med mobila strukturer. Omvänt är det variabla resistomet ofta associerat med mobila strukturer (såsom plasmider eller transposoner), som kan bytas ut med värdens bosatta bakterier [247]. Baserat på restaurering av en ny tarmmikrobiota från en frisk donator [248]. Fekal mikrobiotatransplantation (FMT) har använts sedan 300-talet inom traditionell kinesisk medicin för behandling av patienter som lider av svår diarré och för behandling av matförgiftning. Denna teknik beskrevs faktiskt för första gången för 1700 år sedan i den kinesiska medicinska handboken "Handy Therapy of Emergencies" av den kinesiske läkaren Ge Hong [249]. Sedan på 1500-talet beskrev Li Shizhen flera sätt att förbereda avföringen för förberedelse för fekal transplantation såsom fermenterad fekal lösning, färska fekala suspensioner, såväl som torra fekala preparat av torr avföring [249]. Senare på 1600-talet användes FMT under namnet "transformation" inom veterinärmedicinen administrerad oralt eller rektalt för behandling av diarré, behandling av vomacidos och behandling av bacillär dysenteri eller shigellos hos husdjur, av boskap [250]. År 1958 erkände den amerikanske kirurgen Ben Eiseman effektiviteten av FMT-tekniken via vaginal väg för behandling av pseudomembranös kolit efter en framgångsrik studie på fyra patienter som behandlats med kolonavföring (lavemang) från en frisk donator [250]. År 1983, effektiviteten av behandlingen av återkommandeClostridium diificileinfektioner av FMT rapporterades av Dr. Anna Schwan i tidskriften "The Lancet" [251].

8.1. Tillämpningar inom medicin

Matsmältningssanering består av oral och/eller parenteral administrering av antibiotika för att utrota patogena och/eller multiresistenta bakterier samtidigt som man skonar kommensala bakterier (särskilt anaeroba bakterier) så mycket som möjligt [252]. Matsmältningssanering har hittills använts oftast för att eliminera enterobakterier (resistenta eller inte) hos neutropena patienter eller multiresistenta bakterier som är ansvariga för epidemier på intensivvårdsavdelningar [247]. Nya mycket resistenta bakterieinfektioner och i synnerhet karbapenemas-producerandeEnterobacteriaceae, är ett växande folkhälsoproblem. Deras hantering på sjukhus, reglerad av en rapport från det franska folkhälsorådet, inkluderar åtgärder för förstärkt isolering, kohorter och screening av kontakter, som är alltför besvärliga, kostsamma och svåra att tillämpa [247]. Antibiotikahantering av dessa koloniseringar är inte bara skadlig utan helt onödig. Två kliniska fall, ett i Nederländerna, det andra i Frankrike, har å andra sidan visat effektenav FMT i fall av kolonisering avEscherichia colioch karbapenemas-producerandeKlebsiella pneumoniae[253]. Många studier pågår för att utforska detta behandlingsalternativ [247,254]. Stripling et al. rapporterade, i en fallrapport, applicering av FMT på en hjärt-njurtransplanterad patient som lider av vankomycinresistent enterokockkolonisering, samtidigt med återkommandeClostridium dificilekolit [255]. Transplantation resulterade i ett kliniskt botemedel motClostridium difficileinfektion och en minskning av andelen vankomycinresistenta enterokockisolat [256]. Infusionen av fekal beredning från en frisk donator i en patients mag-tarmkanal har föreslagits som en ny terapeutisk metod för att modulera sjukdomar associerade med patologiska obalanser inom den inhemska mikrobiotan, kallad dysbios [257]. Det har använts för att behandla tarmsjukdomar som IBD ochClostridium diificileinfektion, men det finns ännu inga rapporter om dess roll vid behandling av MRSA enterit. Här rapporterade vi fem fall av MSRA enterokolit botad av FMT kombinerat med vankomycin [258]. För första gången rapporterar vi förändringar i avföringsmikrobiotan under den terapeutiska processen [257]. 

8.2. Begränsningar

Biverkningar associerade med fekal transplantation: resultat från en FMT-metaanalys av avföring som infunderas från en frisk donator i tarmen på en sjuk person för att återställa balansen i deras tarmflora [259]. Denna procedur har utvärderats främst för att behandla återkommandeClostridium difficileinfektioner. Den vetenskapliga litteraturen domineras av små fallstudier med otillräcklig standardisering av utvärderingskriterierna. En genomgång av litteraturen inkluderade 109 publikationer som beskrev denna procedur utförd på 1555 patienter. För 1190 av dem var indikationen en upprepning avClostridium svårtinfektion [257]. För de andra utfördes fekal transplantation främst för att behandla kronisk inflammatorisk tarmsjukdom (IBD). Tekniken har också undersökts vid irritabel tarm, metabolt syndrom och förstoppning. Från och med oktober 2014 kunde tre randomiserade kontrollerade studier räknas: en för metabolt syndrom, en för ulcerös kolit och en förClostridium svårtinfektion. Administreringsmetoder specificerades för 946 patienter. Majoriteten (mer än 500) transplanterades med koloskopi. Den utfördes av lavemang för mer än 156 patienter och av nasogastrisk sond för 133. Denna delanalys fokuserar på de 1190 patienter som fick en fekal transplantation för återkommandeClostridium diificile infektion. Ett fall av fekal perforation inträffade under fekal transplantation, vilket krävde kolektomi [257,260]. Två fall av noroviruskontamination rapporterades, samt fyra fall av gramnegativ bakteriemi, varav två ledde till döden. Bland patienterna som också lider av IMiC, i sex fall utfördes fekaltransplantation för att behandlaClostridium difficileinfektion följdes av en exacerbation av den inflammatoriska sjukdomen. Vid denna indikation rapporterades cirka tio feberepisoder och cirka hundra milda gastrointestinala biverkningar (illamående, buksmärtor, förstoppning etc.). Förutom de dödsfall som inträffade efter bakteriemi, registrerades tre andra. För en av patienterna ansåg utredarna att kopplingen mellan den septiska chocken som ledde till döden och fekal transplantation var "inte klar". För en annan patient var det sederingen som gavs för att utföra koloskopin som var felet. En tredje patient dog av septisk chock. Under narkos regurgiterade han det fekala ämnet som infördes genom endoskopi och blev sedan offer för inhalationslunginflammation. Andra dödsfall som inträffat på längre sikt har rapporterats utan att en koppling till transplantationen fastställts. För de 226 patienter som behandlades för IMiC var den vanligaste biverkningen en feberepisod (14 fall). De två författarna noterade sex förvärringar av inflammatorisk sjukdom och 28 gastrointestinala biverkningar: flatulens, kräkningar och buksmärtor [257]. Sammantaget anser författarna att litteraturen om fekal transplantation "av dålig kvalitet" och de nuvarande rekommendationerna är "otillräckliga" för att tillåta utövare att bli ordentligt informerade. Baserat på sin analys av litteraturen anser de att proceduren är "allmänt säker", samtidigt som de påpekar rapporteringen av flera fall av allvarliga biverkningar. Utan en jämförelse är det dock inte möjligt att avgöra hur mycket av dessa biverkningar som är relaterade till det initiala hälsotillståndet [257].

9. Quorum-Sensing-hämmare

Quorum sensing (QS) är ett cellbaserat kommunikationssystem som kontrollerar genuttryck under kontroll av cellpopulationsdensitet [261]. Den kontrollerar uttrycket av olika proteiner vid speciella celldensiteter. Bakteriecellerna producerar små hormonliknande molekyler som kallas acyl-homoserin lakton (AHL) molekyler och spelar en roll i signalsystemet, och därför kallas de signalmolekyler [262]. Dessa molekyler tas emot av andra bakterier som en del av deras signalsystem, känt som QS. Bakterieceller innehåller många olika proteiner, ett av dem AHL-syntas, som producerar AHL-molekyler som utsöndras utanför cellen i särskilda koncentrationer och binder till QS-receptorer [262]. Dessa receptorer initierar transkriptionen av olika gener. QS kontrollerar olika viktiga egenskaper hos bakterier: virulens, motilitet, tillväxt, biofilm, proteaser och elastas, bland annat gör det till en pelare i de flesta bakterieegenskaper [263]. Denna signalmolekyl består av två huvudkomponenter: en homoserin laktonring och en fettsyrasidokedja, även känd som en acylkedja [264]. Antivirulensläkemedel kan användas ensamma eller i kombination med antibiotika och deras mål, till skillnad från antibiotika, är inte att döda bakterierna utan att förhindra eller hämma dess förmåga att orsaka en infektion [265]. Deras höga specificitet mot patogenen förklarar mindre negativa reaktioner på värdmikrobiotan och ett svagare selektivt tryck för läkemedelsresistens [266]. 

9.2. Begränsningar

Det har bevisats att resistens mot QS-terapier kan uppstå från mutationen av gener som kodar för effluxpumpar. In silico-modeller kan vara en potentiell lösning på denna utvecklande resistens [271]. QS-terapi har visat sig påverka människors hälsa, biverkningar inkluderar modulering av metabolisk aktivitet i mikrobiotan [272], men fungerar också som en kemoattraktant för neutrofiler. Dessutom har det visat sig inducera pro-inflammatoriska och pro-apoptotiska svar i eukaryota celler [273]. Detta kan leda till en exacerbation av proinflammatoriska reaktioner efter användning av QS-hämmare. Dessutom verkar de slutliga resultaten av QS-terapi bero på ett antal orsaker, inklusive immunstatusen hos den infekterade patienten, den patogena potentialen hos bakteriestammen och miljön.tillstånd som råder under infektionen [274]. Målet för antivirulensterapier är redan känt och karakteriserat. Screening av kommersiella läkemedelsbibliotek gör det möjligt att påskynda upptäckten av molekyler med goda farmakologiska egenskaper som hjälper till att lösa det växande problemet med multiresistenta bakterier.

En ny era börjar idag med den efterlängtade växande forskningen omny anti-smittsamma tillvägagångssättmot MDR-bakterier. Dessa terapeutiska tillvägagångssätt är definitivt enpotent icke-antibiotikaalternativ för att begränsa den enorma ökningen avantibiotikaresistenta bakterierden därvi står inför nuförtiden. Det kan inte förnekas att verkningsmekanismerna för dessa terapierär komplicerade att utveckla och detkliniska testerinte är fullständiga nog att tillhandahållagiltig och kortfattad information. Men alla ansträngningar som görs för att göra dessa behandlingar som enklinisk rutin måste göras med försiktighethänsyn till effektivitetenoch säkerheten förvarje terapi. I slutändan är vi övertygade om att kunskap och behärskning av motståndmönster och verkningsmekanismer kommer att tillåta läkare attalltmer driva antimikrobielltbehandlingmot en individualiserad ochexakt medicinskt tillvägagångssätt. 

Författarbidrag:Conceptualization, MK-H.; alla författare deltog i skrivandet – originalutkast förberedelse; skrivande—granskning och redigering, HAM, RB (Rachid Benmessaoud), HY, LS, HGA, MH, RB (Rihabe Boussettine), NF-A., FAL, ID, MME och MK-H.; övervakning,MK-H. och MME Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.

Finansiering:Denna forskning fick ingen extern finansiering. Artikeln Processing Charge (APC) betalas avMohammed VI University of Health Sciences (UM6SS).

Intressekonflikt:Författarna förklarar ingen intressekonflikt. Finansiärerna hade ingen roll i designenav studien; vid insamling, analyser eller tolkning av data; i skrivningen av manuskriptet, elleri beslutet att publicera resultatet.

Referenser

1. Chawla, M.; Verma, J.; Gupta, R.; Das, B. Antibiotikapotentiatorer mot multiresistenta bakterier: upptäckt, utveckling och klinisk relevans.Främre. Microbiol.2022, 13, 887251. [CrossRef] [PubMed] 

2. Li, X.; Hallå.; Wang, Z.; Wei, J.; Hu, T.; Si, J.; Tao, G.; Zhang, L.; Xie, L.; Abdalla, AE; et al. En kombinationsterapi av fager och antibiotika: Två är bättre än en.Int. J. Biol. Sci.2021, 17, 3573–3582. [CrossRef] [PubMed] 

3. Lin, J.; Du, F.; Long, M.; Li, P. Begränsningar av fagterapi och motsvarande optimeringsstrategier: en översyn.Molekyler2022, 27, 1857. [CrossRef] [PubMed] 

4. Coates, A.; Hu, Y.; Holt, J.; Yeh, P. Antibiotikakombinationsterapi mot resistenta bakterieinfektioner: Synergi, föryngring och resistensminskning.Expert Rev. Anti-infektion Ther.2020, 18, 5–15. [CrossRef] [PubMed] 

5. O'Neill, J.Att hantera läkemedelsresistenta infektioner globalt: slutrapport och rekommendationer; Storbritanniens regering: London, Storbritannien, 2016.

6. Zyman, A.; Górski, A.; Mi ˛edzybrodzki, R. Fagterapi av sårrelaterade infektioner.Folia Microbiol.2022, 67, 193–201. [CrossRef]

7. Jernigan, JA; Hatfifield, KM; Wolford, H.; Nelson, RE; Olubajo, B.; Reddy, SC; McCarthy, N.; Paul, P.; McDonald, LC; Kallen, A.; et al. Multiresistenta bakterieinfektioner hos amerikanska sjukhuspatienter, 2012–2017.New Engl. J. Med.2020, 382, 1309–1319. [CrossRef] 

8. Adebisi, YA; Alaran, AJ; Okereke, M.; Okej, GI; Amos, OA; Olaoye, OC; Oladunjoye, I.; Olanrewaju, AY; Ukor, NA; Lucero-Prisno, DE COVID-19 och antimikrobiell resistens: en recension.Infektera. Dis. Res. Behandla.2021, 14, 11786337211033870. [CrossRef] 

9. Hsu, J. Hur covid-19 påskyndar hotet om antimikrobiell resistens.BMJ2020, 369, m1983. [CrossRef]