V roce 2010, poté co některé kmeny bakterie Neisseria gonorrhoeae, která kapavku způsobuje, začaly vykazovat rezistenci vůči jedné z posledních zbývajících skupin antibiotik, začalo Centrum pro kontrolu a prevenci nemocí doporučovat „duální terapii“, což znamená, že lékaři nyní předepisují v boji proti kapavce dva léky současně. V současné době jsou těmito dvěma léky ceftriaxon, který patří do skupiny cefalosporinových antibiotik, a azitromycin.

S rostoucími obavami, že kapavka může prolomit tuto poslední obranu, se práce vědců, jako je krystalograf Christopher Davies, Ph,

„Díváme se na molekulární úrovni na události, které všechny na klinikách znepokojují,“ řekl Davies, profesor na katedře biochemie & molekulární biologie a ředitel Centra strukturní biologie MUSC.

Daviesův tým právě publikoval práci, která ukazuje, jak cefalosporiny vážou a inaktivují gonokokový protein nazvaný penicilin-vázající protein 2 (PBP2). Výzkumníci pod vedením postdoktoranda Avinashe Singha, Ph.D., ukázali, že tento protein prochází klíčovými strukturálními změnami, včetně zkroucení a svinutí smyčky pro vazbu antibiotika, které zesilují reakci s cefalosporiny. Bez těchto změn by protein reagoval s antibiotikem mnohem pomaleji.

Davies vysvětlil, že všechna antibiotika fungují tak, že se zaměřují na základní funkce určitého brouka. Cefalosporiny fungují tak, že napadají bakteriální buněčnou stěnu.

Obvykle se PBP2 pohybuje podél cytoplazmatické membrány bakteriální buňky, sahá do prostoru mezi cytoplazmatickou membránou a vnější membránou a hledá peptidy, na které by se navázal. Protein spojuje peptidy dohromady a vytváří síť – podobně jako sáček s cibulí v obchodě s potravinami, řekl Davies. Než se však protein dostane k peptidu, naskočí antibiotika a naváží se na něj.

„Protein se normálně prochází po membránové vrstvě, ale jeho aktivní místo je blokováno antibiotikem, takže všechny ty potenciální interakce s peptidovým substrátem jsou bezvýsledné,“ řekl Davies.

Když je protein mimo provoz a nevytváří síťku, začnou se v buněčné stěně objevovat díry. Cytoplazma začne unikat ven a buňka praskne a odumře, řekl Davies.

Rezistentní kmeny, které byly identifikovány v Japonsku, Francii, Španělsku a nejnověji v Kanadě, se vyhýbají smrtícímu účinku cefalosporinů tím, že zabraňují vazbě antibiotika na cílový protein. Jak toho dosahují, je hlavní náplní Daviesova výzkumu.

U rezistentních kmenů kapavky se vyskytuje asi 60 mutací proteinu PBP2. Daviesův tým identifikoval šest mutací, které jsou příčinou rezistence, a zkoumá, jak tyto mutace mění způsob, jakým protein reaguje na antibiotika.

Jakmile vědci pochopí, jak mutace brání antibiotikům v jejich činnosti, bude možné vyvinout nové léky, řekl Davies. Znalost toho, které mutace jsou důležité, může také umožnit vyvinout diagnostický test, který lékařům řekne, zda má konkrétní pacient rezistentní kmen, a tedy jaké léky mu mají předepsat.

Davies řekl, že se zdá, že mutace omezují pružnost proteinu a brání strukturálním změnám potřebným k navázání antibiotika. To vyvolává novou záhadu. Pokud jsou tyto pohyby rozhodující pro jeho práci, kterou je vázání peptidů a budování sítě, která udržuje buněčnou stěnu neporušenou, jak mohou mutace blokovat antibiotikum, ale stále umožňovat normální reakci? „To je nejzajímavější aspekt našeho výzkumu,“ řekl Davies.

„Je to základní funkce, takže mutace nemohou protein příliš změnit. Musí být schopen rozlišovat. Diskriminovat antibiotikum a přitom si zachovat normální vazbu a reakci se substrátem je křehké vyvažování, které musí vyjednat.“

Toto vyvažování může být důvodem, proč se kapavka rezistentní vůči antibiotikům nešíří tak rychle, jak se předpokládalo.

„Jsou tu náklady na fitness. Nefungují tak dobře jako jejich citlivé protějšky, a pravděpodobně z tohoto důvodu se nešíří tak rychle, jak se lidé obávali,“ řekl Davies.

Přestože se kapavka rezistentního typu nešíří tak rychle, jak se představitelé veřejného zdravotnictví obávali, došlo k nárůstu počtu případů kapavky citlivé, stejně jako dalších pohlavně přenosných chorob.

Podle CDC se počet diagnostikovaných případů kapavky mezi lety 2013 a 2017 zvýšil o 67 %.

„Očekáváme, že kapavka nakonec vyčerpá naše poslední vysoce účinné antibiotikum a je naléhavě zapotřebí dalších možností léčby,“ uvedla doktorka Gail Bolanová, ředitelka oddělení prevence pohlavně přenosných chorob CDC, když tato čísla zveřejňovala.

Jižní Karolína má čtvrtou nejvyšší míru výskytu kapavky, jak vyplývá z analýzy čísel CDC provedené společností Health Testing Centers, která poskytuje laboratorní testy.

Specialista na infekční nemoci MUSC Eric Meissner, M.D., Ph.D., uvedl, že není zcela jasné, proč se počet pohlavně přenosných chorob zvyšuje.

„Víme, že existují osvědčené zásahy, které mohou jednotlivci používat, včetně pravidelného používání kondomů, které výrazně snižují pravděpodobnost získání pohlavně přenosné choroby. Nárůst počtu pohlavně přenosných chorob tedy naznačuje, že je potřeba více intervencí a osvěty v oblasti veřejného zdraví,“ řekl.“

Ačkoli kapavka není smrtelná, může způsobit celoživotní problémy, pokud se neléčí, včetně neplodnosti a náchylnosti k dalším pohlavně přenosným chorobám, jako je HIV.

„Důležité je, aby lidé věděli, že můžete mít kapavku a nemít příznaky, takže se nemůžete spoléhat na to, že samotná nepřítomnost příznaků vám poskytne jistotu, že vy nebo váš sexuální partner nemáte kapavku,“ řekl Meissner. „Sexuálně aktivní lidé, kteří jsou vystaveni riziku expozice kapavce, by se měli nechat pravidelně testovat.“

Davis a jeho tým zatím pokračují ve své práci v laboratoři. Dalším krokem je pochopit, jak může protein stále plnit svou normální základní funkci, zatímco uniká antibiotikům. Skupina má podle něj několik nápadů, které bude testovat.

Meissner uvedl, že rezistence vůči antibiotikům je pro lékaře na klinice znepokojující.

„I když je konkrétní kmen, který doktor Davies zkoumá, vzácný, je důležité si uvědomit, že vznik rezistence u kapavky je skutečným problémem,“ řekl Meissner.