科学家们传统上认为，结合两种以上的药物来对抗有害细菌会产生收益递减。流行的理论是，将三种或更多种药物结合起来的增量效益太小而不重要，或者药物之间的相互作用会导致它们相互抵消。

现在，加州大学洛杉矶分校的一个生物学家团队已经发现了数千种抗生素的四种和五种药物组合，它们比普遍的观点所建议的更有效地杀死有害细菌。今天在npj系统生物学和应用杂志上发表的研究结果可能是在病原体和常见感染日益对抗生素产生抗药性的同时保护公众健康的重要一步。

“有一种传统只使用一种药物，可能是两种药物，”该研究的资深作者之一，加州大学洛杉矶分校生态与进化生物学助理教授Pamela Yeh说。“我们提供的替代方案看起来非常有前景。我们不应仅限于在我们的医疗工具箱中使用单一药物或双药组合。我们预计这些组合中的一些或更多组合将比现有抗生素更好地发挥作用。 “

通过使用8种抗生素，研究人员分析了每种可能的四种和五种药物组合，包括许多不同剂量的药物组合 - 总共18,278种组合对大肠杆菌进行了研究。他们预计一些组合可以非常有效地杀死细菌，但是他们发现了多少有效的组合。

对于他们测试的每种组合，研究人员首先预测了他们认为在阻止大肠杆菌生长方面的效果。在四种药物组合中，共有1,676组，表现优于预期。在五种药物组合中，有6,443个组合比预期更有效。

研究的另一位资深作者，加州大学洛杉矶分校生态与进化生物学和生物数学教授Van Savage说：“当我们增加药物的数量时，我被多少有效组合所震惊。”“人们可能会认为他们知道药物组合会如何相互作用，但他们确实没有。”

另一方面，2,331种四种药物组合和5,199种五种药物组合的效果不如研究人员预期的那么有效，该研究的主要作者Elif Tekin说，他是该研究期间加州大学洛杉矶分校的博士后学者。

一些四种和五种药物组合至少部分有效，因为个别药物具有不同的靶向大肠杆菌的机制。加州大学洛杉矶分校的研究人员以六种独特的方式进行测试。

萨维奇说：“有些药物攻击细胞壁，有些药物攻击细胞内的DNA。”“这就像攻击一座城堡或堡垒。结合不同的攻击方法可能比单一方法更有效。”

Yeh说：“整体可以比其各部分的总和更多，或更少，正如我们经常看到的棒球或篮球队。”(作为一个例子，她引用了底特律活塞队2004年NBA总冠军的决定性胜利 - 一支没有超级巨星的有凝聚力的球队 - 超过洛杉矶湖人队与未来的名人堂球员科比·布莱恩特，沙奎尔·奥尼尔，卡尔·马龙和加里佩顿。)

Yeh补充说，尽管结果非常有希望，但药物组合仅在实验室环境中进行了测试，并且可能至少在几年之后才被评估为可能的治疗方法。

临床创新部主任迈克尔·库里拉说：“由于抗生素耐药性有可能将医疗保健转向抗生素前期，因此更加明智地使用现有抗生素组合的能力正在逐渐丧失效力。”在国立卫生研究院/国家推进转化科学中心。“这项工作将加速人类对有希望的抗生素组合进行测试，以应对我们今天无法应对的细菌感染。”

研究人员正在根据他们计划明年向其他科学家提供的工作创建开放式访问软件。该软件将使其他研究人员能够分析加州大学洛杉矶分校生物学家研究的抗生素的不同组合，并输入他们自己的药物组合测试数据。

使用MAGIC框架

该软件的一个组成部分是用于分析多种因素相互作用的数学公式，加州大学洛杉矶分校的科学家将其作为研究的一部分。他们将框架称为“组件的一般交互的数学分析”或MAGIC。

“我们认为MAGIC是一种可推广的工具，可以应用于其他疾病 - 包括癌症 - 以及许多其他具有三个或更多相互作用成分的领域，以更好地了解复杂系统的工作原理，”Tekin说。

萨维奇说，他计划在他正在进行的关于温度，雨，光和其他因素如何影响亚马逊热带雨林的研究中使用该框架的概念。

Santa Fe研究所的人类社会动力学教授He，Yeh和Mirta Galesic也在使用MAGIC研究人们的思想形成是如何受到他们的父母，朋友，学校，媒体和其他机构的影响 - 以及因素互动。

“它完全符合我们对相互作用组件的兴趣，”Yeh说。

这项新研究的其他合着者是辛西娅·怀特(Cynthia White)，他是加州大学洛杉矶分校的毕业生，在从事该项目时是一名研究技术人员;Tina Kang，加州大学洛杉矶分校的博士生;Nina Singh，南加州大学的学生;Mauricio Cruz-Loya，加州大学洛杉矶分校博士生;和Robert Damoiseaux，分子和医学药理学教授，加州大学洛杉矶分校分子筛选共享资源主任，这是一个拥有先进机器人技术的工厂，其中Tekin，White和Kang进行了大量研究。

该研究小组在2016年报告说，三种抗生素的组合通常可以克服细菌对抗生素的耐药性，即使三种抗生素本身 - 或者三种抗生素中的两种 - 都不是有效的。生物学家在2017年报告了两种药物组合，它们在减少大肠杆菌细菌生长方面出乎意料地成功。