科學(xué)家們傳統(tǒng)上認(rèn)為，結(jié)合兩種以上的藥物來對(duì)抗有害細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生收益遞減。流行的理論是，將三種或更多種藥物結(jié)合起來的增量效益太小而不重要，或者藥物之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致它們相互抵消。

現(xiàn)在，加州大學(xué)洛杉磯分校的一個(gè)生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千種抗生素的四種和五種藥物組合，它們比普遍的觀點(diǎn)所建議的更有效地殺死有害細(xì)菌。今天在npj系統(tǒng)生物學(xué)和應(yīng)用雜志上發(fā)表的研究結(jié)果可能是在病原體和常見感染日益對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性的同時(shí)保護(hù)公眾健康的重要一步。

“有一種傳統(tǒng)只使用一種藥物，可能是兩種藥物，”該研究的資深作者之一，加州大學(xué)洛杉磯分校生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)助理教授Pamela Yeh說。“我們提供的替代方案看起來非常有前景。我們不應(yīng)僅限于在我們的醫(yī)療工具箱中使用單一藥物或雙藥組合。我們預(yù)計(jì)這些組合中的一些或更多組合將比現(xiàn)有抗生素更好地發(fā)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組合，包括許多不同劑量的藥物組合 - 總共18,278種組合對(duì)大腸桿菌進(jìn)行了研究。他們預(yù)計(jì)一些組合可以非常有效地殺死細(xì)菌，但是他們發(fā)現(xiàn)了多少有效的組合。

對(duì)于他們測試的每種組合，研究人員首先預(yù)測了他們認(rèn)為在阻止大腸桿菌生長方面的效果。在四種藥物組合中，共有1,676組，表現(xiàn)優(yōu)于預(yù)期。在五種藥物組合中，有6,443個(gè)組合比預(yù)期更有效。

研究的另一位資深作者，加州大學(xué)洛杉磯分校生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)和生物數(shù)學(xué)教授Van Savage說：“當(dāng)我們增加藥物的數(shù)量時(shí)，我被多少有效組合所震驚。”“人們可能會(huì)認(rèn)為他們知道藥物組合會(huì)如何相互作用，但他們確實(shí)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(yù)期的那么有效，該研究的主要作者Elif Tekin說，他是該研究期間加州大學(xué)洛杉磯分校的博士后學(xué)者。

一些四種和五種藥物組合至少部分有效，因?yàn)閭€(gè)別藥物具有不同的靶向大腸桿菌的機(jī)制。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員以六種獨(dú)特的方式進(jìn)行測試。

薩維奇說：“有些藥物攻擊細(xì)胞壁，有些藥物攻擊細(xì)胞內(nèi)的DNA。”“這就像攻擊一座城堡或堡壘。結(jié)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(jīng)?？吹降陌羟蚧蚧@球隊(duì)。”(作為一個(gè)例子，她引用了底特律活塞隊(duì)2004年NBA總冠軍的決定性勝利 - 一支沒有超級(jí)巨星的有凝聚力的球隊(duì) - 超過洛杉磯湖人隊(duì)與未來的名人堂球員科比·布萊恩特，沙奎爾·奧尼爾，卡爾·馬龍和加里佩頓。)

Yeh補(bǔ)充說，盡管結(jié)果非常有希望，但藥物組合僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行了測試，并且可能至少在幾年之后才被評(píng)估為可能的治療方法。

臨床創(chuàng)新部主任邁克爾·庫里拉說：“由于抗生素耐藥性有可能將醫(yī)療保健轉(zhuǎn)向抗生素前期，因此更加明智地使用現(xiàn)有抗生素組合的能力正在逐漸喪失效力。”在國立衛(wèi)生研究院/國家推進(jìn)轉(zhuǎn)化科學(xué)中心。“這項(xiàng)工作將加速人類對(duì)有希望的抗生素組合進(jìn)行測試，以應(yīng)對(duì)我們今天無法應(yīng)對(duì)的細(xì)菌感染。”

研究人員正在根據(jù)他們計(jì)劃明年向其他科學(xué)家提供的工作創(chuàng)建開放式訪問軟件。該軟件將使其他研究人員能夠分析加州大學(xué)洛杉磯分校生物學(xué)家研究的抗生素的不同組合，并輸入他們自己的藥物組合測試數(shù)據(jù)。

使用MAGIC框架

該軟件的一個(gè)組成部分是用于分析多種因素相互作用的數(shù)學(xué)公式，加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家將其作為研究的一部分。他們將框架稱為“組件的一般交互的數(shù)學(xué)分析”或MAGIC。

“我們認(rèn)為MAGIC是一種可推廣的工具，可以應(yīng)用于其他疾病 - 包括癌癥 - 以及許多其他具有三個(gè)或更多相互作用成分的領(lǐng)域，以更好地了解復(fù)雜系統(tǒng)的工作原理，”Tekin說。

薩維奇說，他計(jì)劃在他正在進(jìn)行的關(guān)于溫度，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。

Santa Fe研究所的人類社會(huì)動(dòng)力學(xué)教授He，Yeh和Mirta Galesic也在使用MAGIC研究人們的思想形成是如何受到他們的父母，朋友，學(xué)校，媒體和其他機(jī)構(gòu)的影響 - 以及因素互動(dòng)。

“它完全符合我們對(duì)相互作用組件的興趣，”Yeh說。

這項(xiàng)新研究的其他合著者是辛西婭·懷特(Cynthia White)，他是加州大學(xué)洛杉磯分校的畢業(yè)生，在從事該項(xiàng)目時(shí)是一名研究技術(shù)人員;Tina Kang，加州大學(xué)洛杉磯分校的博士生;Nina Singh，南加州大學(xué)的學(xué)生;Mauricio Cruz-Loya，加州大學(xué)洛杉磯分校博士生;和Robert Damoiseaux，分子和醫(yī)學(xué)藥理學(xué)教授，加州大學(xué)洛杉磯分校分子篩選共享資源主任，這是一個(gè)擁有先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的工廠，其中Tekin，White和Kang進(jìn)行了大量研究。

該研究小組在2016年報(bào)告說，三種抗生素的組合通?？梢钥朔?xì)菌對(duì)抗生素的耐藥性，即使三種抗生素本身 - 或者三種抗生素中的兩種 - 都不是有效的。生物學(xué)家在2017年報(bào)告了兩種藥物組合，它們在減少大腸桿菌細(xì)菌生長方面出乎意料地成功。