8,000種新的抗生素分組組合可以幫助減緩抗生素耐葯細菌

科學家傳統上認為，將兩種以上的藥物結合起來對抗有害細菌會產生收益遞減。流行的理論是，將三種或更多種藥物結合起來的增量效益太小而不重要，或藥物之間的相互作用會導致它們相互抵消。

現在，加州大學洛杉磯分校的一個生物學家團隊已經發現了數千種抗生素的四種和五種藥物組合，它們比普遍的觀點建議更有效地殺死有害細菌。今天在npj系統生物學和應用雜誌上發表的研究結果可能是在病原體和常見感染日益對抗生素產生抗藥性的同時保護公眾健康的重要一步。

「有一種傳統隻使用一種藥物，可能只有兩種，」該研究的資深作者之一，加州大學洛杉磯分校生態與進化生物學助理教授Pamela Yeh說。「我們提供的替代品看起來非常有前途。我們不應僅限於在我們的醫療工具箱中使用單一藥物或雙葯組合。我們預計這些組合中的一些或更多組合將比現有抗生素更好地發揮作用。 「

通過使用8種抗生素，研究人員分析了每種可能的四種和五種藥物的組合，包括許多不同劑量的藥物 - 總共18,278種組合 - 對大腸桿菌的作用。他們預計一些組合可以非常有效地殺死細菌，但是他們發現了多少有效的組合。

對於他們測試的每種組合，研究人員首先預測了他們認為在阻止大腸桿菌生長方面的效果。在四種藥物組合中，有1,676個分組表現優於預期。在五種藥物組合中，有6,443個組合比預期更有效。

研究的另一位資深作者，加州大學洛杉磯分校生態與進化生物學和生物數學教授Van Savage表示，「當我們增加藥物的數量時，我感到非常震驚。」 「人們可能會認為他們知道藥物組合會如何相互作用，但他們確實沒有。」

另一方面，2,331種四種藥物組合和5,199種五種藥物組合的效果不如研究人員預期的那麼有效，該研究的主要作者Elif Tekin說，他是該研究期間加州大學洛杉磯分校的博士後學者。

一些四種和五種藥物組合至少部分有效，因為個別藥物具有不同的靶向大腸桿菌的機制。加州大學洛杉磯分校的研究人員以六種獨特的方式進行了測試。

薩維奇說：「有些藥物攻擊細胞壁，有些藥物攻擊細胞內的DNA。」 「這就像攻擊城堡或堡壘。結合不同的攻擊方法可能比單一方法更有效。」

Yeh說：「整體可以比其各部分的總和更多，或更少，正如我們經常看到的棒球或籃球隊。」 （作為一個例子，她列舉在底特律活塞隊的2004年NBA總冠軍的決定性爆冷擊敗 - 一個有凝聚力的團隊，沒有超級巨星 - 在洛杉磯湖人隊與名人堂科比的未來館，奧尼爾，卡爾馬龍和加裡佩頓。）

Yeh補充說，儘管結果非常有希望，但藥物組合僅在實驗室環境中進行了測試，並且可能至少在幾年之後才被評估為可能的治療方法。

臨床創新部主任邁克爾·柯瑞拉說：「由於抗生素耐藥性有可能將醫療保健轉向抗生素前期，因此能夠更明智地使用現有抗生素單獨失去效力的組合。」在美國國立衛生研究院/國家推進轉化科學中心。「這項工作將加速人類對有希望的抗生素組合的測試，以加速我們今天無法應對的細菌感染。」

研究人員正在根據他們的工作創建開放獲取軟體，他們計劃明年向其他科學家提供這些軟體。該軟體將使其他研究人員能夠分析加州大學洛杉磯分校生物學家研究的抗生素的不同組合，並輸入他們自己的藥物組合測試數據。

使用MAGIC框架

該軟體的一個組成部分是用於分析多種因素如何相互作用的數學公式，加州大學洛杉磯分校的科學家們將其作為研究的一部分。他們將框架稱為「組件的一般互動的數學分析」或MAGIC。

「我們認為MAGIC是一種可推廣的工具，可以應用於其他疾病 - 包括癌症 - 以及許多其他具有三個或更多相互作用組件的領域，以更好地了解複雜系統的工作原理，」Tekin說。

薩維奇表示，他計劃在他正在進行的關於溫度，雨，光和其他因素如何影響亞馬遜熱帶雨林的研究中使用該框架的概念。

他，Yeh和Mirta Galesic，聖達菲研究所的人類社會動力學教授，也在使用MAGIC研究人們的思想形成如何受到他們的父母，朋友，學校，媒體和其他機構的影響 - 以及如何那些因素相互作用

「它完全符合我們對相互作用組件的興趣，」Yeh說。

這項新研究的其他共同作者是辛西婭·懷特（Cynthia White），他是加州大學洛杉磯分校的畢業生，在從事該項目時是一名研究技術人員; Tina Kang，加州大學洛杉磯分校的博士生; Nina Singh，南加州大學的學生; Mauricio Cruz-Loya，加州大學洛杉磯分校博士生; 和Robert Damoiseaux，分子和醫學藥理學教授，加州大學洛杉磯分校分子篩選共享資源主任，這是一個擁有先進機器人技術的工廠，其中Tekin，White和Kang進行了大量研究。

該研究小組在2016年報告說，三種抗生素的組合通常可以克服細菌對抗生素的耐藥性，即使三種抗生素本身都沒有 - 或者三種抗生素中的兩種 - 都沒有效果。生物學家在2017年報告了兩種藥物組合，它們在減少大腸桿菌細菌生長方面出人意料地成功。