ทำความรู้จักแบคทีเรียในถ้ำลึก ที่ดื้อยาปฏิชีวนะแผนปัจจุบัน และอาจเป็นคำตอบของการต่อกรกับ "ซูเปอร์บั๊ก"

แบคทีเรียโบราณที่ถูกกักขังอยู่ในถ้ำมานานหลายล้านปี อาศัยอยู่ในโลกที่น่ากลัวขนาดย่อม ๆ แหล่งอาหารเพียงอย่างเดียวของพวกมันคือ การกินกันเอง ส่วนกลวิธีการเอาชีวิตรอดที่พวกมันพัฒนาขึ้นทำให้พวกมันทนทานต่อยาปฏิชีวนะเกือบทุกชนิด ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์หวังที่จะใช้กลเม็ดของพวกแบคทีเรียเหล่านี้เป็นแรงบันดาลใจในการพัฒนายาและการรักษาแบบใหม่ ๆ

ลึกลงไปใต้ดิน 1,604 ฟุต (489 เมตร) ใต้ทะเลทรายชิวาวาทางตอนใต้ของรัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐฯ คือถ้ำเลชูกิลลา ที่ทอดยาวไป 149 ไมล์ (240 กิโลเมตร) ภายในถ้ำไม่มีแสงสว่าง และมีอาหารน้อยมาก สิ่งมีชีวิตใด ๆ ก็ตามที่อยู่ที่นี่ต้องดิ้นรนเพื่อดำรงชีวิตภายใต้สภาวะใกล้อดตายแบบนี้

"คุณสามารถเดินเข้าไปในทางเข้าและเดินทางไปในทิศทางเดียวได้นานถึง 16 ชั่วโมงก่อนที่จะถึงปลายทางสุด" เฮเซล บาร์ตัน ศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแอละแบมากล่าว

"ดังนั้นคุณจึงอยู่ห่างจากทางเข้ามาก ๆ ๆ ๆ คุณรู้สึกโดดเดี่ยว และมีบางจุดในถ้ำนั้นที่มีคนเคยเข้าไปน้อยกว่าที่มีคนเคยเหยียบดวงจันทร์เสียอีก"

แม้จะอยู่ในความมืดมิดเช่นนี้ แต่ก็ยังมีความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่น่าทึ่ง เนื่องจากแบคทีเรียเหล่านี้ถูกแยกตัวออกมาจากโลกภายนอกเป็นเวลาหลายล้านปี พวกมันจึงเป็นเหมือนหน้าต่างบานพิเศษที่เปิดให้เห็นอดีต ยิ่งไปกว่านั้น แบคทีเรียแต่ละชนิดยังได้วิวัฒนาการด้วยกลยุทธ์ที่แตกต่างกันเพื่อความอยู่รอด บางชนิดสามารถดึงพลังงานจากหินและชั้นบรรยากาศ บางชนิดก็เป็นนักล่า ซึ่งกินแบคทีเรียชนิดอื่นเป็นอาหาร

"เช่นเดียวกับในเขตป่าฝน เราเห็นสัตว์นักล่าที่วิ่งเข้ามาจับ แทง และฆ่าจุลินทรีย์อื่น ๆ" บาร์ตันกล่าว

"แต่เราก็เห็นจุลินทรีย์ชนิดอื่น ๆ ที่ทำงานร่วมกันเพื่อดึงสารอาหารและพลังงานออกจากระบบที่หากปราศจากพวกมันแล้วจะไม่สามารถสร้างพลังงานได้เพียงพอต่อการอยู่รอดได้"

นอกจากนี้ แบคทีเรียเหล่านี้ยังมีกลเม็ดที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้น นั่นคือพวกมันดื้อต่อยาปฏิชีวนะส่วนใหญ่ แม้ว่าพวกมันจะถูกขังอยู่ในถ้ำที่เกิดขึ้นเมื่อหกล้านปีก่อน ซึ่งส่วนใหญ่ถูกปิดกั้นจากการสำรวจของมนุษย์อย่างสมบูรณ์จนกระทั่งปี 1986 ความต้านทานนี้ไม่เพียงแต่เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่น่าทึ่งเท่านั้น แต่ยังช่วยชี้นำนักวิจัยในการค้นหายาที่สามารถต้านทานการดื้อยาต้านจุลินทรีย์ในทางการแพทย์สมัยใหม่ได้อีกด้วย

แต่ขอย้อนเล่ากลับไปสักนิดว่า ในปัจจุบัน การเกิดขึ้นของแบคทีเรียดื้อยาปฏิชีวนะ ซึ่งมักเรียกว่า "ซูเปอร์บั๊ก" (superbugs) กำลังเป็นวิกฤตสุขภาพระดับโลกที่กำลังทวีความรุนแรงขึ้น แบคทีเรียก่อโรคเหล่านี้ได้พัฒนาความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะหลายชนิด ทำให้การรักษาการติดเชื้อทำได้ยากขึ้น ความต้านทานต่อยาต้านจุลชีพของแบคทีเรีย (antimicrobial resistance - AMR) พบว่าเป็นสาเหตุโดยตรงของการเสียชีวิตของผู้คน 1.14 ล้านคนในปี 2021 และคาดว่าจะมีผู้เสียชีวิตจาก AMR ประมาณ 39 ล้านคนระหว่างปี 2025 ถึง 2050 ปัจจุบันมีการประมาณการว่าเด็กหลายล้านคนเสียชีวิตในแต่ละปีจากการติดเชื้อที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ

โดยทั่วไปแล้ว สาเหตุของวิกฤตการดื้อยาต้านจุลชีพมักถูกกล่าวถึงว่า เกิดจากการใช้ยาต้านจุลชีพอย่างไม่เหมาะสมและมากเกินไปในมนุษย์ สัตว์ และพืช แต่เรื่องนี้ไม่ได้สะท้อนภาพรวมทั้งหมด อย่างในปี 2006 เจอราร์ด ไรท์ ศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีและชีวการแพทย์แห่งมหาวิทยาลัยแมคมาสเตอร์ ในรัฐออนแทรีโอของแคนาดา ได้ค้นพบแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินซึ่งเต็มไปด้วยยีนต้านทานยาปฏิชีวนะ จุลินทรีย์ที่ชอบโคลนเหล่านี้มียีนต้านทานแบบเดียวกันกับที่พบในแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคในมนุษย์

"แบคทีเรียเหล่านี้ไม่ใช่แบคทีเรียก่อโรค พวกมันไม่ได้ทำให้เกิดโรค พวกมันแค่ใช้ชีวิตตามวิถีปกติของพวกมัน" ไรท์กล่าว

นี่แสดงให้เห็นว่า การดื้อยาต้านจุลชีพไม่ใช่เรื่องใหม่ และแท้จริงแล้วเป็นสิ่งที่ฝังอยู่ในแบคทีเรียหลายชนิด ซึ่งได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่ามีการพบแบคทีเรียที่ดื้อยาในแกนน้ำแข็งจากธารน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกา รวมถึงในดิน ทะเล และหินของทวีปที่โดดเดี่ยวแห่งนี้ด้วย แบคทีเรียที่ดื้อยาปฏิชีวนะยังถูกค้นพบในชั้นดินเยือกแข็งคงตัวโบราณ รวมถึงในแบคทีเรียในลำไส้ของชาวบ้านจากชนเผ่าในป่าแอมะซอนที่ห่างไกลอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม การค้นพบของไรท์เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะโน้มน้าวแวดวงนักวิทยาศาสตร์ว่า AMR เกิดขึ้นโดยปราศจากการสัมผัสจากมนุษย์ เพราะการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปในภาคเกษตรกรรมนั้นเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว แบคทีเรียในดินอาจสัมผัสกับยาปฏิชีวนะได้ด้วยวิธีนี้

"เรากำลังอยู่ในยุคสมัยของมนุษย์ ดังนั้นจึงไม่มีที่ใดที่ปราศจากหลักฐานกิจกรรมของมนุษย์ ไม่ว่าคุณจะอยู่บนยอดเขาเอเวอเรสต์หรือที่ร่องลึกก้นสมุทรมาเรียนา" ไรท์กล่าว

สิ่งที่จำเป็นคือสภาพแวดล้อมที่บริสุทธิ์ ซึ่งถูกตัดขาดจากมนุษย์มานานนับพันปี และนั่นคือที่มาของถ้ำเลชูกิลลา ถ้ำแห่งนี้ก่อตัวขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อนจากน้ำฝนที่ไหลลึกลงไปใต้ดิน เมื่อน้ำรวมตัวกับไฮโดรเจนซัลไฟด์ในส่วนลึกของพื้นโลก จึงก่อให้เกิดกรดซัลฟิวริก จากนั้นกรดก็ถูกดันขึ้นมาด้านบนด้วยแรงดันมหาศาล ละลายหินปูนไปเรื่อย ๆ ในที่สุดน้ำที่มีกรดสูงก็ไปกระทบกับหินปิดกั้นที่ทำจากหินทรายที่ไม่ละลายน้ำ

"เนื่องจากมีหินปิดกั้นอยู่ จึงไม่มีอะไรสามารถเข้าไปในถ้ำได้" บาร์ตันกล่าว "ถ้ำเหล่านี้ก่อตัวขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน และต้องใช้เวลาประมาณ 1,000 ปี กว่าที่น้ำผิวดินจะไหลไปถึงส่วนของถ้ำที่เรากำลังเก็บตัวอย่างอยู่ นอกจากนี้ยังเป็นทางเดินที่เพิ่งค้นพบใหม่ ซึ่งเรารู้ว่าไม่เคยมีมนุษย์เข้าไปมาก่อน"

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ไม่มีโอกาสที่ยาปฏิชีวนะจะไหลเข้าไปในถ้ำได้เช่นกัน

บาร์ตันได้ศึกษาชีวิตจุลชีพในถ้ำมานานกว่า 20 ปี เธอเป็นหนึ่งในไม่กี่คนที่สามารถเข้าไปในถ้ำเลชูกิลลาได้ ดังนั้นในปี 2012 เธอจึงร่วมมือกับไรท์เพื่อตรวจสอบว่าจุลินทรีย์เหล่านี้อาจดื้อต่อยาปฏิชีวนะหรือไม่ บาร์ตันลงไปในถ้ำเลชูกิลลาเพื่อเก็บตัวอย่าง โดยถ้ำมีความลึกกว่า 1,200 ฟุต (366 เมตร) ดังนั้นการเก็บตัวอย่างจึงต้องใช้การโรยตัวลงมาจากเชือกหลายสิบเส้น แต่ความพยายามนั้นก็คุ้มค่า

"ไม่น่าแปลกใจเลยที่เราพบว่าจุลินทรีย์ทั้งหมดในนั้นดื้อต่อยาปฏิชีวนะทางธรรมชาติแทบทุกชนิดที่เคยใช้ในทางการแพทย์" บาร์ตันกล่าว

จริง ๆ แล้วเรื่องนี้มีความสมเหตุสมผลจากมุมมองทางวิวัฒนาการ

"กลไกและเส้นทางที่นำไปสู่การดื้อยาปฏิชีวนะนั้นไม่ได้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วนัก" บาร์ตันกล่าว

"ถ้าคุณพิจารณาโครงสร้างของยาปฏิชีวนะ นั่นคือโมเลกุลที่อาจใช้เวลาหลายร้อยล้านปี หรืออาจเป็นพันล้านปีในการก่อตัว ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่า การดื้อต่อยาปฏิชีวนะเหล่านั้นมีอายุเก่าแก่พอ ๆ กับยาปฏิชีวนะเอง"

อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียในถ้ำนี้ยังคงถูกฆ่าโดยยาปฏิชีวนะสังเคราะห์หรือกึ่งสังเคราะห์ เนื่องจากพวกมันไม่เคยสัมผัสกับยาเหล่านั้นมาก่อน

จุลินทรีย์ชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นแบคทีเรียสายพันธุ์ที่ไม่ก่อโรคชื่อ Paenibacillus sp LC231 ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ 26 ชนิดจากทั้งหมด 40 ชนิดที่ทดสอบ รวมถึงแดปโตไมซิน (daptomycin) ซึ่งเป็นยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ที่ถือเป็นทางเลือกสุดท้ายในการรักษาแบคทีเรียดื้อยา เช่น Staphylococcus aureus ที่ดื้อต่อเมธิซิลลิน (MRSA)

นักวิจัยได้ถอดรหัสจีโนมทั้งหมดของ Paenibacillus sp LC231 และพบว่ายีนต้านทานยาหลายตัวเหมือนกับที่พบในแบคทีเรียดื้อยาที่รู้จักกันดี

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยยังพบยีนต้านทานยาอีก 5 ยีนที่ไม่เคยพบมาก่อน ที่น่าสนใจคือ ญาติของ Paenibacillus โบราณที่ถูกแยกออกมา (ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่สร้างสปอร์และพบได้ทั่วไปบนพื้นดิน) ก็มีกลไกการต้านทานยาแบบเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าการดื้อต่อยาปฏิชีวนะได้วิวัฒนาการขึ้นก่อนที่แบคทีเรียจะถูกกักอยู่ในถ้ำ ไม่ใช่หลังจากนั้น

"ประเด็นสำคัญสำหรับเรา และเหตุผลที่เราพยายามทำสิ่งนี้ คือการบอกว่า การดื้อยาปฏิชีวนะเป็นส่วนหนึ่งของประวัติศาสตร์ทางธรรมชาติของจุลินทรีย์บนโลก" ไรท์กล่าว

"ยาปฏิชีวนะส่วนใหญ่มาจากแบคทีเรียและเชื้อรา ดังนั้นพวกมันจึงสร้างและต่อสู้กันเองมานานหลายร้อยล้านปี หรืออาจจะหลายพันล้านปีแล้วก็ได้"

ตามที่ไรท์กล่าวไว้ ตลอดช่วงเวลาส่วนใหญ่ของประวัติศาสตร์โลก ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะจำกัดอยู่เฉพาะในแบคทีเรียสายพันธุ์ที่ไม่ก่อโรค นั่นคือสายพันธุ์ที่ไม่ทำให้เกิดโรค

อย่างไรก็ดี การใช้ยาปฏิชีวนะอย่างแพร่หลายของเราในการรักษาการติดเชื้อได้สร้างแรงกดดันเชิงคัดเลือกอย่างมาก ซึ่งกระตุ้นให้จุลินทรีย์ก่อโรคปรับใช้กลไกป้องกันเหล่านี้ด้วยเช่นกัน เนื่องจากแบคทีเรียสามารถส่งต่อยีนให้กันได้อย่างรวดเร็ว ความต้านทานต่อยาต้านจุลชีพจึงแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว

อย่างไรก็ตาม บาร์ตันกล่าวว่าอาจมีบางอย่างเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในถ้ำที่กระตุ้นให้แบคทีเรียรักษาและพัฒนากลไกป้องกันตนเอง เนื่องจากสารอาหารและทรัพยากรมีน้อยมาก แบคทีเรียจึงต้องแข่งขันกันเองเพื่อความอยู่รอด สงครามจุลินทรีย์จึงเป็นผลลัพธ์ที่น่าจะเป็นไปได้

"หากคุณลดจำนวนทรัพยากรที่มีให้แก่ชุมชนจุลชีพ ชุมชนนั้นก็จะก้าวร้าวมากขึ้น และจะมีการต่อสู้กันเองมากขึ้นในลักษณะที่จุลินทรีย์ต่อสู้กันเอง" บาร์ตันอธิบาย

และเป็นไปตามที่คาดไว้ นักชีววิทยาพบจุลินทรีย์ในถ้ำที่ผลิตยาปฏิชีวนะออกมามากมาย ตัวอย่างหนึ่งผลิตสารประกอบต้านจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันถึง 38 ชนิด โดยมีโครงสร้างยาปฏิชีวนะใหม่ 3 ชนิด

การใช้จุลินทรีย์ในถ้ำเพื่อต่อสู้กับเชื้อดื้อยา

เช่นนั้นแล้ว เราจะสามารถใช้ความรู้ใหม่นี้เพื่อช่วยในการต่อสู้กับเชื้อแบคทีเรียดื้อยาได้หรือไม่

เป็นไปได้ว่าการค้นพบขุมทรัพย์ลับของแบคทีเรียนี้อาจช่วยให้เกิดวิธีการรักษาใหม่ ๆ โดยปกติแล้ว นักวิทยาศาสตร์ค้นพบยาปฏิชีวนะใหม่ ๆ ด้วยการออกไปสำรวจธรรมชาติ เก็บตัวอย่างจากน้ำและดิน และพยายามทำให้พวกมันบริสุทธิ์อย่างพิถีพิถันและสกัดสารประกอบเหล่านั้นที่อาจเป็นประโยชน์

ในปี 2025 ยาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่กลุ่มแรกในรอบเกือบ 40 ปีได้ถูกนำออกสู่ตลาด ซึ่งเป็นยาที่ไรท์และเพื่อนร่วมงานค้นพบในดินที่พวกเขาได้เก็บตัวอย่างมา

การค้นหาแบคทีเรียในพื้นที่ห่างไกลและไม่ถูกรบกวนอาจช่วยในเรื่องนี้ได้ เพราะเป็นไปได้ว่าจุลินทรีย์ในถ้ำอาจผลิตยาปฏิชีวนะโบราณที่แบคทีเรียบนพื้นผิวลืมวิธีการป้องกันตัวเองไปนานแล้ว หรืออาจไม่เคยพบเจอมาก่อนเลย

ตัวอย่างเช่น ดร.เนาวรัตน์ ชีพธรรม หรือ อาจารย์แอน นักจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยทอมป์สัน ริเวอร์ส ในแคนาดา กำลังตั้งเป้าที่จะทำเช่นกัน ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา ทีมของอาจารย์แอนได้สำรวจถ้ำ เก็บตัวอย่างดิน และเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่ได้ในจานเพาะเชื้อ จากนั้นจึงนำแบคทีเรียเหล่านั้นไปทดสอบกับเชื้อแบคทีเรียดื้อยาที่เป็นที่รู้จักกันดี เพื่อดูว่าจุลินทรีย์ในถ้ำสามารถฆ่าเชื้อเหล่านั้นได้หรือไม่

จนถึงปัจจุบัน อาจารย์แอนได้ทดสอบแบคทีเรียไปแล้วกว่า 2,000 ชนิด และระบุแบคทีเรียที่มีศักยภาพได้หลายชนิด ตัวอย่างเช่น ทีมของเธอพบแบคทีเรียสองสายพันธุ์ในถ้ำไอรอนเคอร์เทนในแคนาดาที่สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรีย Escherichia coli ที่ดื้อยาหลายชนิดได้

นอกจากนี้ เธอยังค้นพบจุลินทรีย์ห้าชนิดในถ้ำไวท์แรบบิท ซึ่งตั้งอยู่ในเทือกเขาโมนาชีทางตอนกลางของรัฐบริติชโคลัมเบีย ที่ผลิตยาปฏิชีวนะที่มีประสิทธิภาพต่อต้านเชื้อ MRSA ได้

อย่างไรก็ตาม การขาดแคลนเงินทุนสำหรับการวิจัยค้นหายาปฏิชีวนะ ทำให้เธอต้องหยุดการค้นหายาใหม่ไว้ชั่วคราว อย่างน้อยก็ในตอนนี้

"เราพบสารประกอบที่มีศักยภาพ แต่เราต้องใช้เวลาและเงินลงทุนจำนวนมากเพื่อให้บริษัทเภสัชกรรมยอมร่วมงานกับเรา" ดร.เนาวรัตน์ อธิบายและว่า "สารประกอบเหล่านั้น (หมายถึงตัวเลือกที่น่าสนใจ) ยังอยู่ในขั้นตอนการทดลอง ดังนั้นเมื่อเรามีเงิน เราจะกลับมาพิจารณาพวกมันอีกครั้ง"

อีกทางหนึ่ง จุลินทรีย์ในถ้ำอาจช่วยต่อสู้กับเชื้อแบคทีเรียดื้อยาได้ โดยช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายได้ว่าเมื่อใดที่แบคทีเรียอาจพัฒนาความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะกลุ่มใหม่

"สิ่งแรกที่คุณต้องรู้คือ กลไกการดื้อยาที่มีอยู่แล้วนั้นคืออะไร" ไรท์กล่าว

"เพราะถ้าหากผมจะค้นพบยาปฏิชีวนะตัวใหม่ในวันพรุ่งนี้ และต้องการนำไปทดลองในคลินิก คงเป็นเรื่องดีหากผมเข้าใจถึงข้อจำกัดและจุดอ่อนของมันต่อเชื้อโรคอื่น ๆ ที่มีอยู่เสียก่อน เพราะจะทำให้เราเตรียมพร้อมรับมือกับการดื้อยาได้ดีขึ้น ไม่ใช่ว่ามันจะเกิดขึ้นหรือไม่ แต่มันจะเกิดขึ้นเมื่อไหร่ต่างหาก" เขากล่าว

กลไกการดื้อยาที่พบได้ทั่วไป เช่น กลไกง่าย ๆ ที่ขับยาปฏิชีวนะออกจากแบคทีเรีย ในขณะที่กลไกอื่น ๆ เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ที่ซับซ้อนกว่ามาก ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงหรือย่อยสลายยาปฏิชีวนะได้

การรู้ว่าแบคทีเรียทำลายยาปฏิชีวนะได้อย่างไร อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ออกแบบยาใหม่ ๆ เพื่อเอาชนะกลไกการป้องกันของแบคทีเรียได้ เช่น เพนิซิลลินเพียงอย่างเดียวมักใช้ไม่ได้ผลอีกต่อไป เพราะแบคทีเรียหลายชนิดมีเอนไซม์ที่จับกับยาปฏิชีวนะตัวนี้และทำให้มันไม่ทำงาน

อย่างไรก็ตาม หากเติมสารประกอบที่เรียกว่ากรดคลาวูลานิก (clavulanic acid) โมเลกุลนี้จะจับกับเอนไซม์แทนและยับยั้งการทำงานของมัน ดังนั้น การเติมกรดคลาวูลานิกเข้าไปในเพนิซิลลิน จะช่วยต่อต้านกลไกการดื้อยา และทำให้เพนิซิลลินกลับมาออกฤทธิ์ได้อีกครั้ง จึงมีความหวังว่าการระบุถึงกระบวนการที่คล้ายคลึงกันในแบคทีเรียในถ้ำ จะช่วยให้นักวิจัยทางการแพทย์ได้เปรียบอย่างมาก

"ด้วยการค้นหากลไกที่จุลินทรีย์อาจใช้เพื่อเอาชนะยาปฏิชีวนะ คุณจะสามารถหาวิธีเอาชนะมันได้ก่อนที่มันจะปรากฏขึ้นในการทดลองทางคลินิก" บาร์ตันกล่าวทิ้งท้าย