Antibiotic therapy as a product of modern biotechnology: the concept of endogenous synthesis of antimicrobial polypeptides
DOI:
https://doi.org/10.11603/1681-2727.2026.3.16771Keywords:
antimicrobial resistance, mRNA, gene therapy, lipid nanoparticles, antimicrobial polypeptides, synthetic biology, artificial intelligence, bacteriophagesAbstract
The rapid spread of antimicrobial resistance represents one of the greatest challenges to modern medicine and global healthcare systems. Despite the intensive development of pharmaceutical technologies, most newly developed antibacterial agents remain derivatives or modifications of existing antibiotic classes, to which microorganisms gradually acquire resistance.
This article considers the concept of temporary human genetic modification as a potential strategy for the development of novel antimicrobial technologies. The proposed approach is based on the use of mRNA vectors and lipid nanoparticles for intracellular synthesis of antimicrobial polypeptides directly within the human body. Current advances in mRNA technologies, lipid delivery systems, gene therapy, synthetic biology, and artificial intelligence-assisted design of programmable antibacterial proteins are analyzed. Particular attention is paid to the potential advantages, bioethical issues, biosafety risks, and regulatory challenges associated with such technologies. The proposed concept is considered a promising interdisciplinary platform for future antimicrobial therapy.
References
1. United Nations United Nations General Assembly. (2024). Political declaration of the high-level meeting on antimicrobial resistance. United Nations. UN document
2. Acosta, A., Tirkaso, W., Nicolli, F., Van Boeckel, T. P., Cinardi, G., & Song, J. (2025). The future of antibiotic use in livestock. Nature Communications, 16, Article 2469. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56825-7 DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56825-7
3. Романів, В. М., & Стравський, Я. С. (2024). Вплив антибіотиків у продукції тваринництва на організм людини та розвиток антибіотикорезистентності. Перспективи та інновації науки, 11(45), 2024–2031. Journal page DOI: https://doi.org/10.52058/2786-4952-2024-11(45)-2024-2031
4. Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2012). A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science, 337(6096), 816–821. https://doi.org/10.1126/science.1225829 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1225829
5. Gao, H., Gao, S., Kan, G., Valentovich, L. N., & An, Y. (2025). Research progress of base editing and prime editing tools based on the CRISPR/Cas system. Molecular Therapy: Nucleic Acids, 36, Article 102771. https://doi.org/10.1016/j.omtn.2025.102771 DOI: https://doi.org/10.1016/j.omtn.2025.102771
6. Levin, B. R., & Bull, J. J. (2004). Population and evolutionary dynamics of phage therapy. Nature Reviews Microbiology, 2(2), 166–173. https://doi.org/10.1038/nrmicro822 DOI: https://doi.org/10.1038/nrmicro822
7. Lin, D. M., Koskella, B., & Lin, H. C. (2017). Phage therapy: An alternative to antibiotics in the age of multi-drug resistance. World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics, 8(3), 162–173. https://doi.org/10.4292/wjgpt.v8.i3.162 DOI: https://doi.org/10.4292/wjgpt.v8.i3.162
8. Rohde, C., Resch, G., Pirnay, J. P., Blasdel, B. G., Debarbieux, L., Gelman, D., Górski, A., Hazan, R., Huys, I., Kakabadze, E., Łobocka, M., Maestri, A., Magno de Freitas Almeida, A., Makalatia, K., Malik, D. J., Mašlaňová, I., Merabishvili, M., Pantucek, R., Rose, T., Štveráková, D., Van Raemdonck, H., Verbeken, G., & Chanishvili, N. (2018). Expert opinion on three phage therapy related topics: Bacterial phage resistance, phage training and prophages in bacterial production strains. Viruses, 10(4), 178. https://doi.org/10.3390/v10040178 DOI: https://doi.org/10.3390/v10040178
9. Torres-Barceló, C. (2018). Phage therapy faces evolutionary challenges. Viruses, 10(6), 323. https://doi.org/10.3390/v10060323 DOI: https://doi.org/10.3390/v10060323
10. Onsea, J., Wagemans, J., Pirnay, J. P., Di Luca, M., Gonzalez-Moreno, M., Lavigne, R., Trampuz, A., Moriarty, T. F., & Metsemakers, W.-J. (2020). Bacteriophage therapy as a treatment strategy for orthopaedic-device-related infections: Where do we stand? European Cells and Materials, 39, 193–210. https://doi.org/10.22203/eCM.v039a13 DOI: https://doi.org/10.22203/eCM.v039a13
11. Возіанова, Ж. І. (2001–2003). Інфекційні і паразитарні хвороби (Тт. 1–3). Київ: «Здоров’я».
12. Regalado, A. (2019). China’s CRISPR babies: Read exclusive excerpts from the unseen original research. MIT Technology Review. MIT Technology Review article
13. Горяев, А. А., Савкина, М. В., Обухов, Ю. И., Меркулов, В. А., & Олефир, Ю. В. (2019). ДНК- и РНК-вакцины: современное состояние, требования к качеству и особенности проведения доклинических исследований. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение, 19(2), 72–80. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2019-19-2-72-80 DOI: https://doi.org/10.30895/2221-996X-2019-19-2-72-80
14. CureVac & GlaxoSmithKline. (2024). RNA vaccine against SARS-CoV-2 variants (U.S. Patent No. 11,872,280 B2). U.S. Patent and Trademark Office.
15. Бажутин, Н. Б., Золин, В. В., Колокольцов, А. А., & Таргонский, С. Н. (2007). Перспективы применения липосомальных препаратов в медицинской практике. Новости медицины и фармации, 2(206). Article archive
16. Biswal, M. R., Roy, S., & Singh, J. K. (2024). Comparative analysis of lipid nanoparticles in Pfizer-BioNTech and Moderna COVID-19 vaccines: Insights from molecular dynamics simulations. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2024.10.04.616619 DOI: https://doi.org/10.1101/2024.10.04.616619
17. Wilson, B., & Geetha, K. M. (2022). Lipid nanoparticles in the development of mRNA vaccines for COVID-19. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 74, 103553. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.103553 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.103553
18. Zhang, L., More, K. R., Ojha, A., Jackson, C. B., Quinlan, B. D., Li, H., He, W., Farzan, M., Pardi, N., & Choe, H. (2023). Effect of mRNA-LNP components of two globally marketed COVID-19 vaccines on efficacy and stability. npj Vaccines, 8, 156. https://doi.org/10.1038/s41541-023-00751-6 DOI: https://doi.org/10.1038/s41541-023-00751-6
19. Albertsen, C. H., Kulkarni, J. A., Witzigmann, D., Lind, M., Petersson, K., & Simonsen, J. B. (2022). The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Advanced Drug Delivery Reviews, 188, 114416. https://doi.org/10.1016/j.addr.2022.114416 DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2022.114416
20. Park, J. W., Lagniton, P. N. P., Liu, Y., & Xu, R. H. (2021). mRNA vaccines for COVID-19: What, why and how. International Journal of Biological Sciences, 17(6), 1446–1460. https://doi.org/10.7150/ijbs.59233 DOI: https://doi.org/10.7150/ijbs.59233
21. Kis, Z., Kontoravdi, C., Dey, A. K., Shattock, R., & Shah, N. (2020). Rapid development and deployment of high-volume vaccines for pandemic response. Journal of Advanced Manufacturing and Processing, 2(3), e10060. https://doi.org/10.1002/amp2.10060 DOI: https://doi.org/10.1002/amp2.10060
22. Le, T., Sun, C., Chang, J., Zhang, G., & Yin, X. (2022). mRNA vaccine development for emerging animal and zoonotic diseases. Viruses, 14(2), 401. https://doi.org/10.3390/v14020401 DOI: https://doi.org/10.3390/v14020401
23. Tenchov, R., Bird, R., Curtze, A. E., & Zhou, Q. (2021). Lipid nanoparticles—From liposomes to mRNA vaccine delivery, a landscape of research diversity and advancement. ACS Nano, 15(11), 16982–17015. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04996 DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04996
24. Merril, C. R., Geier, M. R., & Petricciani, J. C. (1971). Bacterial virus gene expression in human cells. Nature, 233, 398–400. https://doi.org/10.1038/233398a0 DOI: https://doi.org/10.1038/233398a0
25. Верховна Рада України. (1993). Закон України «Про охорону прав на винаходи і корисні моделі» № 3687-XII. Законодавство України
26. Український національний офіс інтелектуальної власності та інновацій. (2025). Методичні рекомендації щодо проведення експертизи заявок на винаходи і корисні моделі. Official document
27. Воннеґут, К. (2022). Колиска для кішки. BookChef.
28. Champer, J., Buchman, A., & Akbari, O. S. (2016). Cheating evolution: Engineering gene drives to manipulate the fate of wild populations. Nature Reviews Genetics, 17(3), 146–159. https://doi.org/10.1038/nrg.2015.34 DOI: https://doi.org/10.1038/nrg.2015.34
29. Gisselsson, D. (2022). Next-generation biowarfare: Small in scale, sensational in nature? Health Security, 20(2), 182–186. https://doi.org/10.1089/hs.2021.0147 DOI: https://doi.org/10.1089/hs.2021.0165
30. Dominik, J. (2023). Future bioterror and biowarfare threats for NATO’s armed forces until 2030. Journal of Advanced Military Studies, 14(1), 118–143. https://doi.org/10.21140/mcuj.20231401007 DOI: https://doi.org/10.21140/mcuj.20231401005
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Анатолій Бондаренко
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [ВКАЖІТЬ ПЕРІОД ЧАСУ] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
