ادعاهای جدید مبنی بر اینکه آنتی بیوتیک ها باکتری ها را با گونه های فعال اکسیژن از بین نمی برند اخبار بحث انگیز است

محققان آمریکایی می گویند رنگ های فلورسین که به طور گسترده برای تشخیص استرس اکسیداتیو در باکتری ها استفاده می شود، احتمالاً بی فایده هستند.¹ این تحقیق به دنبال مطالعه سال 2024 توسط همان نویسندگان است که به این نتیجه رسید که یکی دیگر از روش‌های پرکاربرد برای تشخیص استرس اکسیداتیو نیز ناکارآمد است.² روی هم رفته، این دو مقاله نشان می‌دهند که این ایده که تولید گونه‌های اکسیژن فعال در نحوه کشتن آنتی‌بیوتیک‌های باکتری‌کش نقش دارد، احتمالاً نادرست است، اگرچه این تفسیر توسط محققان دیگر در تناقض قرار گرفته است. درک مکانیسم اثر آنتی بیوتیک ها مهم است زیرا طراحی داروهای جدید با دانش نحوه عملکرد آنها کمک می کند.

برخی از عوامل آنتی بیوتیکی مانند دوکسوروبیسین که امروزه به عنوان یک داروی ضد سرطان شناخته می شود، اثرات سیتوتوکسیک خود را با تولید گونه های فعال اکسیژن مانند سوپراکسید، پراکسید هیدروژن و رادیکال های هیدروکسیل اعمال می کنند. در سال 2007، تیمی به رهبری جیمز کالینز – که در آن زمان در دانشگاه بوستون در ایالات متحده بود – پیشنهاد کرد که همه آنتی بیوتیک ها، از جمله آنتی باکتریال های رایج مانند پنی سیلین، باکتری ها را با استفاده از گونه های فعال اکسیژن از بین می برند.³

در سال 2013 با انتشار دو مطالعه که این موضوع را رد می‌کرد، بحث‌های شدیدی دنبال شد.⁴ یکی از جیمز ایملی از دانشگاه ایلینویز، اوربانا-شامپین و همکارانش در جستجوی شواهد دیگری از استرس اکسیداتیو ناموفق بودند. اشرشیاکلی باکتری ها، مانند فعال شدن یک فاکتور رونویسی که به پراکسید هیدروژن پاسخ می دهد. با این حال، این فرضیه هنوز طرفداران زیادی دارد و محققان پیشنهاد می‌کنند که گونه‌های فعال اکسیژن واسطه طیف گسترده‌ای از اثرات باکتری‌کشی از نانوذرات، تابش خورشیدی و دیگر منابع هستند.

این فرضیه در ابتدا بر اساس دو خط اصلی شواهد بود: اول اینکه باکتری های غنی شده از آنتی اکسیدان ها نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاوم تر هستند. دوم، رنگ‌ها – معمولاً مشتقات دی کلروفلورسین دی استات – که وقتی اکسید می‌شوند، در سلول‌هایی که در معرض آنتی‌بیوتیک‌ها قرار می‌گیرند، فلورسانس می‌شوند و ظاهراً نشان‌دهنده وجود استرس اکسیداتیو است. ایملای می‌گوید: «به نظر می‌رسد که در اولین مقالات، این دو روش متفاوت یکدیگر را تأیید می‌کردند، بنابراین در مقالات جدیدتر، افراد ممکن است تنها از یکی از آنها استفاده کرده باشند.

در سال 2024، ایملای و همکارش سرگئی کورشونوف مطالعه‌ای را منتشر کردند که در آن به این نتیجه رسیدند که روش اول غیرقابل اعتماد است. آنها دریافتند که تغذیه آنتی اکسیدان ها به سلول ها رشد آنها را کند می کند و سلول هایی که کندتر رشد می کنند ذاتاً در برابر استرس مقاوم تر هستند. در کار جدید به رنگ ها توجه کردند.

Imlay و Korshunov دو خط اصلی شواهد را ارائه می دهند که بر ضد اثربخشی این رنگ ها به عنوان نشانگرهای استرس اکسیداتیو استدلال می کنند. اول، آن‌ها نشان دادند که باکتری‌ها در محیط‌های بدون اکسیژن به همان اندازه فلورسانس تولید می‌کنند که در محیط‌های با اکسیژن بالا، نشان می‌دهد که آن‌هایی که در محیط‌های بدون اکسیژن هستند، رنگ را با استفاده از عوامل دیگری مانند فلاوین‌ها و کینون‌ها اکسید می‌کنند. دوم، آنها شواهدی پیدا کردند مبنی بر اینکه باکتری ها رنگ ها را می ریزند. ایملی می‌گوید: «باکتری‌ها پمپ‌های خروجی زیادی دارند که دائماً مولکول‌ها را پمپاژ می‌کنند، و معلوم می‌شود که آنها این رنگ‌ها را پمپاژ می‌کنند. هر استرسی که سرعت متابولیسم را کاهش دهد، باعث کاهش بار انرژی سلول می شود، بنابراین پمپ ها پمپاژ رنگ را متوقف می کنند. بنابراین وقتی به سلول ها استرس وارد می کنید. [such as an antibiotic] شما انباشته‌ای از رنگ را مشاهده می‌کنید که توسط چیزهایی مانند فلاوین‌ها اکسید می‌شود، و این افزایش سیگنال رنگ سلولی به‌عنوان شواهدی از گونه‌های اکسیژن فعال تعبیر می‌شود. مواد شیمیایی شناخته شده برای مهار فعالیت پمپ جریان نیز این اثر را بازتولید می کنند.

Imlay می گوید شواهدی مبنی بر اینکه آنتی بیوتیک ها با استفاده از گونه های فعال اکسیژن کار می کنند باید کنار گذاشته شود. “ما نمی گوییم.” [the antibiotics] ایملای می‌گوید: «ما می‌گوییم مکانیسم اثر آن‌ها از طریق استرس اکسیداتیو نیست.» او می‌گوید که همه آنتی‌بیوتیک‌های ضد باکتری مکانیسم‌هایی دارند که صرفاً به حضور اکسیژن بستگی ندارند، که توضیح می‌دهد که چرا آنها روی باکتری‌ها در محیط‌های کم اکسیژن کار می‌کنند. آسان‌ترین اندازه‌گیری در انسان به‌عنوان یک نشانگر خوب استرس اکسیداتیو است.»

چند محقق دنیای شیمی جبا Imlay موافق بودند که رنگ‌های فلورسین نشانگر غیرقابل اعتمادی از استرس اکسیداتیو در باکتری‌ها هستند، اما برخی به این نتیجه می‌رسند که کلاس‌های مختلف آنتی‌بیوتیک‌ها تا حدی با القای استرس اکسیداتیو کار می‌کنند. کالینز که اکنون در MIT است، اظهار داشت: «بیش از یک دهه پیش، ما از نگرانی‌های فزاینده در مورد رنگ‌هایی که معمولاً برای شناسایی گونه‌های فعال اکسیژن استفاده می‌شوند آگاه شدیم. در پاسخ، ما مطالعه‌ای را با استفاده از یک آرایه گسترده از سنجش برای اندازه‌گیری مستقیم آسیب اکسیداتیو به اجزای کلیدی سلولی، از جمله پروتئین‌ها، DNA و RNA انجام دادیم. نیم ساعت پس از درمان با آنتی بیوتیک های مختلف، E. coli نشانگرهای مشترک استرس اکسیداتیو را نشان دادند که بعداً به علل مختلف مرگ سلولی منحرف شدند.⁵ این کار به وضوح نشان می دهد که بسیاری از آنتی بیوتیک های باکتری کش استرس اکسیداتیو را به عنوان بخشی از مکانیسم اثر خود القا می کنند.