Odejście od antybiotyków w rolnictwie zwierząt



Hodowla zwierząt stoi w obliczu poważnych wyzwań w XXI wieku. Organizacja Narodów Zjednoczonych przewiduje, że do 2050 r. Populacja globalna osiągnie około 10 miliardów ludzi. W połączeniu ze wzrostem dobrobytu gospodarczego w gospodarkach wschodzących oznacza to, że popyt na mięso i nabiał szybko wzrośnie. Tak nienasyconego popytu na produkty żywnościowe dla zwierząt po prostu nie można zaspokoić tradycyjnymi metodami hodowli, a także w XX i XXI wiekuprzez stulecia nastąpiło znaczące przejście w kierunku intensywnych praktyk rolniczych – zmiana ta jest szczególnie widoczna w krajach uprzemysłowionych, takich jak USA, gdzie z 121 milionów świń poddawanych ubojowi rocznie 75 milionów jest obecnie hodowanych w gospodarstwie przemysłowym.

Szlifowane przez kraje uprzemysłowione, takie jak USA i Wielka Brytania, rolnictwo uprzemysłowione łączy zasady produkcji masowej z innowacjami technologicznymi w żywieniu i automatyzacji zwierząt, umożliwiając hodowlę zwierząt w większej liczbie i przy niższych kosztach. Mimo że ekonomie skali stosowane przez gospodarstwa fabryczne umożliwiły wzrost podaży i spadek cen, praktyka utrzymywania dużych populacji zwierząt w dużych zagęszczeniach doprowadziła do wielu poważnych problemów.

Podobnie jak w populacjach ludzkich, praktyka trzymania zwierząt gospodarskich, takich jak drób, świnie i bydło w dużych zagęszczeniach, pozwala na szybsze rozprzestrzenianie się chorób. Rzeczywiście, właśnie takie warunki, dzięki którym rolnictwo fabryczne jest tak opłacalne, stanowią idealne środowisko do rozprzestrzeniania się chorób. Duże populacje zwierząt wytwarzają – co nie dziwi – duże ilości odpadów, które w przypadku niewłaściwej dezynfekcji stanowią idealne środowisko dla czynników zakaźnych. Trzymanie zwierząt w bliskim sąsiedztwie również zwiększa prawdopodobieństwo narażenia na zakażone zwierzę lub zakażone odchody. Ponadto ograniczenia przestrzeni życiowej powodują stres u zwierząt. Chroniczny stres może tłumić układ odpornościowy i zmniejszać odporność na infekcje, a także może zwiększać liczbę przypadków walki i ran, zapewniając punkt wejścia patogenów. Aby to złagodzić, obalanie kurczaków, choć niepopularne, jest nadal rutynowo przeprowadzane.

Typowe patogeny zwierząt gospodarskich obejmują szczepy E coli, Salmonella i Campylobacter z których wszystkie mogą zarazić ludzi i powodować choroby. Ryzyko polega zatem nie tylko na utracie zwierząt i zysku na choroby, ale także na przenoszeniu zakażeń na ludzi, poprzez kontakt ze zwierzętami (żywymi lub poubojowymi) lub poprzez skażone mięso i mleko. Antybiotyki odgrywają kluczową rolę w walce o zapobieganie chorobom na farmach fabrycznych. Często są to te same leki, które stosuje się w leczeniu ludzi; są one podawane zwierzętom hodowlanym z wyprzedzeniem i są dostarczane w niskich dawkach przez całe życie w paszy dla zwierząt, aby zapobiec infekcji i promować wzrost. W Stanach Zjednoczonych praktyka była tak powszechna, że ​​przed wytycznymi FDA z 2017 r., Które próbowały ją ograniczyć, 80% sprzedaży niektórych antybiotyków było przeznaczone do stosowania u zwierząt.

Ta strategia nigdy jednak nie działała wiecznie; klasyczna ewolucyjna zasada przetrwania najsilniejszych, stosowana w środowisku ciągłej ekspozycji na antybiotyki, napędza oporność na antybiotyki u bakterii chorobotwórczych. W ostatnich latach rozpowszechnienie MRSA (Staphylococcus aureus szczepy oporne na antybiotyk metycylinę) znacznie wzrosły. Próbki mięsa w sprzedaży detalicznej, w tym indyka, wieprzowiny, wołowiny i kurczaka, przeprowadzone przez Translational Genomic Research Institute wykazały, że 47 procent próbek było skażonych, a 52 procent z nich było opornych na bakterie na co najmniej trzy klasy antybiotyków.

Biorąc pod uwagę zdolność tych patogenów do infekowania ludzi oraz fakt, że antybiotyki dostarczane zwierzętom są również stosowane w leczeniu ludzi, istnieje bardzo realna perspektywa wybuchów chorób, których nie jesteśmy w stanie leczyć. Jak ostrzegają Centers for Disease Control and Prevention: „Jeśli nie będziemy ostrożni, wkrótce wkroczymy w erę po antybiotyku”, w czasie, gdy formalnie rutynowe infekcje okażą się śmiertelne, szczególnie dla młodych i starszych. W związku z tym istnieje ogromne zapotrzebowanie na nowe środki przeciwdrobnoustrojowe.

Można prześledzić, co przyniesie środki przeciwdrobnoustrojowe w przyszłości, przeszukując zgłoszenia patentowe. Koszt badań i rozwoju każdego nowego leku jest niezwykle wysoki, a szacowany średni koszt wprowadzenia na rynek tylko jednego leku wynosi 2,6 miliarda USD. Jako taki, każdy produkt leczniczy stanowi znaczną inwestycję.

Nic dziwnego, że przy tak ogromnych nakładach organizacje komercyjne muszą zmaksymalizować zyski z danego wynalazku i zmniejszyć konkurencję o swój produkt na rynku. Patenty są często uważane za złoty standard ochrony wynalazku, uniemożliwiając innym wytwarzanie, stosowanie lub sprzedaż danego wynalazku w ograniczonym czasie, w zamian za publikację. Udzielanie patentów jest integralną częścią farmaceutycznego modelu biznesowego; zapobieganie konkurencji w okresie obowiązywania patentu pozwala na ustalanie dowolnych cen i pewność, że inwestycja zostanie odzyskana. Zgłoszenia patentowe można zatem wykorzystać jako wskaźniki pojawiających się technologii w danej dziedzinie, wskazując, które obszary badań podstawowych wykazują potencjał komercyjny.

Ekscytującym obszarem wzrostu jest technologia znana jako terapia fagowa. Terapia fagowa polega na wykorzystaniu wirusów zwanych bakteriofagami do zabijania bakterii chorobotwórczych. Bakteriofagi atakują komórki bakteryjne w ramach ich cyklu życia, wstawiając DNA lub RNA do celu podczas wiązania. Mogą wykorzystać swój materiał genetyczny do przejęcia komórki gospodarza, wykorzystując jej maszynerię do wytworzenia wielu kopii wirusa. Ostatecznie powoduje śmierć komórki, gdy pęka, uwalniając kopie bakteriofaga, które mogą dalej infekować kolejne komórki.

Bakteriofagi mają kilka właściwości, które czynią je pożądanym narzędziem; są wysoce specyficzne, a każdy z nich infekuje tylko docelową komórkę bakteryjną. Jako takie, terapie fagowe nie zabijają tak zwanych „dobrych bakterii”, które zamieszkują jelita zwierzęcia, w przeciwieństwie do niektórych obecnie dostępnych antybiotyków. Fagi są również bardzo różnorodne, zdolne do rozpoznawania tych samych bakterii na różne sposoby. Ponadto są żywymi organizmami i ewoluują w czasie, stanowiąc „ruchomy cel” bakterii, na które ewoluuje odporność. Uważa się zatem, że jest wysoce nieprawdopodobne, aby bakterie ewoluowały oporność na „koktajl” fagowy wielu szczepów. Wreszcie fagi mają niską toksyczność w porównaniu z antybiotykami, co jest kluczową zaletą w leczeniu zwierząt hodowanych na żywność.

Patent USA 9,433,653 B2 jest jedną z grupy udzielonych patentów na produkt bakteriofagowy. Patent zastrzega ochronę kompozycji bakteriofagów do leczenia E coli infekcja u świń. E coli infekcja może powodować biegunkę u nowonarodzonych prosiąt, co może spowolnić wzrost i często kończy się śmiercią. Choroba stanowi poważne zagrożenie dla światowego przemysłu trzody chlewnej, dotykając nawet połowy wszystkich prosiąt. Obecna strategia leczenia obejmuje stosowanie kolistyny, antybiotyku, który jest kluczowy w leczeniu bakterii opornych na wiele antybiotyków u ludzi.

Niedawno zidentyfikowano gen oporności na kolistynę E coli plazmid, jedno z narzędzi używanych przez bakterie do przenoszenia genów oporności między gatunkami, co budzi niepokojącą perspektywę zmniejszenia skuteczności tego ważnego antybiotyku w medycynie ludzkiej. W odpowiedzi europejskie agencje regulacyjne nazwały Colistin „leczeniem ostatecznym” dla zwierząt, a w Indiach ostatnio zakazano stosowania tego leku.

W świetle powyższego patent na alternatywne leczenie biegunki po odstawieniu od piersi może być cennym elementem własności intelektualnej, gdyby wynalazek znalazł szerokie zastosowanie. Komercyjne zastosowanie tylko jednego produktu bakteriofagowego może zapewnić iskrę bardzo lukratywnego przemysłu. W USA jednak wyzwanie dla branży bakteriofagowej stanowi orzeczenie Sądu Najwyższego z 2013 r. W Stanach Zjednoczonych wyjątek stanowi, że wynalazki dotyczące praw przyrody lub zjawisk naturalnych mogą nie uzyskać patentu.

Orzeczenie Myriad wzbudziło pytania dotyczące zdolności patentowania bakteriofagów. Mówiąc prościej, przed przypadkiem firma opatentowała dwie sekwencje genów, których mutacje są zwykle związane z rakiem. Sąd doszedł do wniosku, że ponieważ geny te istnieją w naturze, firma „nie stworzyła niczego nowego”, identyfikując i izolując sekwencje genów. Wynalazek okazał się nie do opatentowania.

Orzeczenie to ma potencjalnie ogromne implikacje dla terapii bakteriofagowych, jak zauważył dziennik prawniczy Uniwersytetu Duke'a w świetle tej decyzji. Bakteriofagi, które są naturalnie występującymi organizmami, nie kwalifikują się do patentu. Niemożność opatentowania takich wynalazków może stanowić poważny cios dla inwestycji, ponieważ firmy mogą niechętnie inwestować duże kwoty, jeśli nie ma pewności, że mogą ochronić swój wynalazek przed konkurencją, aby odzyskać koszty.

Orzeczenie pozostawiło jednak pole manewru: chociaż sąd uznał, że sekwencje DNA nie kwalifikują się do patentu, doszedł do wniosku, że cDNA, sztuczna forma DNA stworzona przez naukowców, kwalifikuje się, ponieważ reprezentuje „coś” nowy ”stworzyli i nie występują w naturze. Można zatem argumentować, że gdyby zmodyfikowany naturalnie występujący fag został zmodyfikowany, być może przy użyciu technologii edycji genów, takiej jak CRISPR / Cas9 do ekspresji genów, w przeciwnym razie nie miałby tego, co skutkowałoby „nowym” fagiem, który nie istnieje w naturze. Obecnie istnieje stosunkowo niewiele wynalazków związanych z terapiami fagowymi, ponieważ coraz więcej firm wchodzi na rynek, wyzwanie prawne mogłoby zapewnić możliwość wyjaśnienia zdolności patentowej tego rodzaju wynalazku.